一篇帮你搞定JVM基本概念（超详细）

Posted 2021-08-08 adventure.Li

一、整体框架

二、核心知识学习

1. 基本概念

（1）定义

JVM：Java virtual machine,即Java虚拟机；是可运行Java代码的假想计算机，包括一套 指令集、一组 寄存器、一个栈、一个垃圾回收、堆和一个存储方法域。JVM运行OS之上，它与硬件没有直接的交互。

（2）运行过程

Java源文件 通过编译器，产生相应的class文件（即字节码文件，也是由此 出现 一次编译到处运行的说法 跨平台的特性），再通过JVM中的解释器，编译成特定的机器码。

2. 线程

线程：CPU资源分配的基本单位；进程计算机资源（包括内存、CPU等）的分配基本单位。程序（数据+指令）

进程是资源（CPU、内存等）分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例，即运行中的程序。
程序是存储在磁盘上， 包含可执行机器指令和数据的静态实体。 即进程或者任务是处于活动状态的计算机程序。
三者详细对比

在JVM中，Java线程与OS线程有直接映射关系。当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、PC等准备好之后就会创建一个OS原生的线程，当原生线程初始化完毕，则启动Java线程的run方法。Java线程结束，原生OS的线程也随之结束。

JVM后台运行的线程:
a.虚拟机线程：这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点，这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括"stop-the-world"的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销。
b.周期性任务线程：负责中断，调度周期性操作的执行。
c.GC 线程：垃圾回收活动。
d.编译器线程：将字节码动态编译成本地平台相关的机器码。
e.信号分发线程：接收发送到JVM的信号并调用相应JVM方法处理。

3. JVM内存区域

JVM内存内存区域主要分为 私有线程区域（PC、虚拟机栈、本地方法栈）、共享区域（方法区、堆）、直接内存。

线程私有区域：生命周期与线程相同，依赖用户的启动与销毁。
线程共享区域：随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
直接内存：并不是JVM运行时数据区的一部分，但频繁使用，JDK1.4引入的NIO提出基于 Channel与Buffer的IO方式，基于此，可以使用本地函数库（原生底层API）直接分配堆外内存。

（1）PC（程序计数器）

一块较小的内存空间， 是当前线程所执行字节码的行号的指示器。每一个线程都有一个独立的PC。
若执行Java方法，PC记录的是字节码指令的地址，若是Native方法，则为空。
唯一一块JVM没有规定OutOfMemoryError的区域。

（2）虚拟机栈

描述Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（存数据和部分过程结构的数据结构，同时用来动态链接（上图未写到）和异常分派，随方法调用创建，随方法结束而摧毁）。

（3）本地方法栈

和JVM Stack类似，区别在于JVM stack为Java方法服务，而本地方法栈为native方法服务。

（4）堆

被线程共享的一块内存区域。
堆(线程共享)：对象、对象的全局变量、数组。
栈(线程私有)：声明为局部变量的 基本数据类型、对象引用(是引用，不是对象本身)、方法参数），

因此也能理解为什么死循环创建对象是报错 heap

（5）方法区/永久代

用于存储被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码等数据。 主要针对常量池的回收和类型的卸载。运行时常量池是方法区的主要部分。

4. JVM运行时内存

Java堆 从GC的角度还可以细分为： 新生代（Eden区,From Survivor区和To Survivor区）以及老年代。

（1）新生代

用来存放新生的对象，一般占据 堆的1/3 空间。由于频繁创建新对象，会触发MinorGC进行垃圾回收。

a.Eden区（占据新生代的8/10）
Java新对象(new Object()) 的出生地，当新创建的内存过大时，直接分配到老年代。当Eden区不够则触发MinorGC，对新生代进行一次回收。

b.ServivorFrom
上一次GC幸存者，作为这次的GC的被扫描者。

c.ServivorTo
保留了一次MinorGC过程的幸存者。

（2）MinorGC的过程（复制-> 清空->互换，复制算法）

a.Eden、servivorFrom复制到ServivorTO，年龄+1

将servivorFrom的存活对象复制到ServivorTo区域（若达到老年的标准，则复杂度老年代），同时把这些对象的年龄+1（如果servivorTo不够用就放到老年代）

b.清空Eden、ServivorFrom的对象

c.ServivorTo和ServivorFrom互换。

（3）老年代

主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。
MajorGC采用标记清楚算法进行回收：
当老年代装不下时报错OOM（Out of Memory）

（4）永久代

指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta(元数据），Class被加载存在永久区（方法区，回顾内存区域部分），与实例的存储位置不一样（堆）。GC不会再主程序运行时对永久区进行清理，当Class加载过多则会抛出OOM的异常。