带你走入java虚拟机

Posted 2021-04-30 达内直播课

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了带你走入java虚拟机相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

对话篇

小菜

老大，什么是JVM？

Java虚拟机（Java Virtual Machine 简称JVM）是运行所有Java程序的抽象计算机。

大鸟

小菜

那老大Java虚拟机其实就是一个想象中的机器，在实际的计算机上通过软件模拟来实现。

Java虚拟机有自己想象中的硬件，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。

大鸟

小菜

好的，那我们为什么要了解JVM内存结构？

工欲善其事，必先利其器。了解JVM内存也是为了服务器出现性能问题的时候可以快速的了解那块的内存区域出现问题。以便于快速的解决生产故障。Java虚拟机是Java语言底层实现的基础。这有助于理解Java语言的一些性质，也有助于使用Java语言。

大鸟

小菜

好的，老大，我一定认真学习，争取由小菜鸟变为像老大一样的大鸟。做一个合格的祖国的花朵和共产主义接班人。

干货篇

小菜，我先来给你讲解一下JVM的启动流程

大鸟

小菜

好的，老大。

请看下图！！！JVM启动时，是由java命令/javaw命令来启动的。

大鸟

JVM的启动流程：

小菜

老大，我记得java程序在运行时，需要在内存中分配空间。

是的，为了提高运算效率，就对数据进行了不同空间的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。小菜你知道我们怎么划分内存空间嘛？

大鸟

小菜

知道的，老大，具体划分为5个内存空间：堆、栈、方法区、程序计数器、本地方法栈。

Bingo，不愧是我的小菜徒弟，我们接下来一起看一下每个分别代表的意思。

大鸟

小菜

好呀，老大，掌声有请老大，Show Time！！

首先方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序计数器是线程私有的内存区域。我们来详细介绍每个区域的作用。

大鸟

虚拟机内存结构

一

线程私有：虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器

JVM栈很简单，生命周期与线程相同，每个方法在执行时都会创建一个栈帧。具体我们来看一下解释。

大鸟

1、虚拟机栈（JVM Stacks）

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；

如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

Tips

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型。

基本数据类型：boolean、byte、char、short、int、float、long、double。

2、本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

简单总结就是为虚拟机使用到的Native方法服务。目前HotSpot虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

大鸟

程序计数器此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

大鸟

3、程序计数器 (Program Counter Register)

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

二

线程共享：堆，方法区（包括运行时常量池）

java当中堆一句话总结就是存放对象实例，所有线程共享。

大鸟

1、java堆（Heap）

对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法(Generational Collection)，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

看不懂？不要急，继续看Tips你就可以get了

大鸟

根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

Tips

年轻代上的内存分配是下面这样的

大鸟

年轻代可以分为3个区域：Eden区（伊甸园，亚当和夏娃偷吃禁果生娃娃的地方，用来表示内存首次分配的区域，再贴切不过）和两个存活区（Survivor 0 、Survivor 1）。

绝大多数刚创建的对象会被分配在Eden区，其中的大多数对象很快就会消亡。
当Eden区满的时候，执行Minor GC，将消亡的对象清理掉，并将剩余的对象复制到一个存活区Survivor0（此时，Survivor1是空白的，两个Survivor总有一个是空白的）；
此后，每次Eden区满了，就执行一次Minor GC，并将剩余的对象都添加到Survivor0；
当Survivor0也满的时候，将其中仍然活着的对象直接复制到Survivor1，以后Eden区执行Minor GC后，就将剩余的对象添加Survivor1（此时，Survivor0是空白的）。

坚持就是胜利哦，下面是分代收集（Generational Collection）算法，其实这种算法并没有什么新的思想，我骄傲！！

大鸟

它只是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

小菜

老大，那老年代呢？

老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。方法区永久代，回收方法同老年代。

大鸟

请输入

新技能Get了？那什么是方法区？

方法区就简单了，别急，继续向下看，有惊喜哦。

大鸟

2、方法区（Method Area）

方法区（Method Area）与Java堆一样，很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），它是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆）。方法区除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。