JVM的基本概念

Posted 2020-12-13 justalittlebird

(1) 基本概念

jvm是运行java代码的虚拟机，包括一套字节指令集，一组寄存器，一个栈，一个垃圾回收，堆和一个存储方法域，jvm是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

(2)运行程序

我们都知道java的源文件，也就是.java文件，可以通过编译器生成相应的.class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码

java源文件 --> 编译器 --> 字节码文件

字节码文件--> JVM --> 机器码

每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是java为什么能够跨平台的原因，当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会存在多个虚拟机实例，程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不能共享.

 

 

 其中方法区和堆是线程共享的，虚拟机栈和本地方法栈，程序计数器是线程不共享的.

此处的线程是指程序执行过程中的一个线程实体，JVM允许一个应用并发执行多个线程。

Hotspot Jvm中的java线程与原生操作系统线程有映射的关系，当线程本地存储，缓冲区分配，同步对象，栈，程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。Java线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的CPU上。当原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的CPU上。当原生线程初始化完毕，就会调用Java线程的run()方法，当线程结束时，会释放原生线程和Java线程的所有资源。

Hotspot Jvm后台允许的系统线程主要有下面几个:

1）虚拟机线程:这个线程等待JVM到达安全点操作出现. 这些操作必须要在独立的线程里执行，因为当堆修改无法进行的时候，线程都需要JVM位于安全点，这些操作主要有： stop-the-world垃圾回收，线程栈dump，线程暂停，线程偏向锁解除

2）周期性任务线程：这个线程主要负责定时器事件(中断),用来调度周期性操作的执行。

3) GC线程：这些线程支持JVM 中不同的垃圾回收活动

4) 编译器线程: 这些线程在运行时讲字节码动态编译成本地平台相关的机器码

5) 信号分发线程: 这个线程接收发送到JVM的信号并调用适当的JVM方法处理

jvm内存区域主要分为线程私有区域（程序计数器，虚拟机栈，本地方法区），线程共享区域（Java堆，方法区），直接内存

线程私有数据区域生命周期与线程相同，依赖用户线程的启动/结束，而 创建/销毁(在Hotspot VM内，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射，因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应

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，但也会被频繁的使用: 在JDK1.4 引入的NIO提供了基于Channel与Buffer的IO方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，这样就避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，因此在一些场景中可以显著提高性能

在方法区中，有运行时常量池。

 

 

在虚拟机栈中，分为一个一个栈帧，局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口.

 

2.2.1 程序计数器( 线程私有)

一块较小的内存空间，是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都有一个独立的程序计数器，这类内存也成为"线程私有" 的内存

正在执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址). 如果还是Native方法，则为空

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.2.2 虚拟机栈(线程私有)

是描述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，用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息，每一个方法从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入栈到出栈的过程。

栈帧(Stack Frame) 是用来存储数据和部分过程结构的数据结构，同时也被用来处理动态链接，方法返回值，异常分派，栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁--无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未捕获的异常)都算作方法结束

2.2.3 本地方法区(线程私有)

本地方法区与java stack 作用类似，区别是虚拟机栈为执行Java方法服务，而本地方法栈则为Native方法，如果一个VM实现使用C-linkage模型来支持native调用，那么该栈将会是一个C栈，但Hotspot VM直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一

2.2.4 堆(线程共享) --运行时数据区

是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在java堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域，由于现代VM采用分代收集算法，因此Java堆从GC的角度还可以细分为新生代(Eden区，From Survivor， To Survivor) 和老年区

2.2.5 方法区/永久代(线程共享)

即我们常说的永久代，用于存储被JVM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，HotSpot VM 把GC 分代收集扩展至方法区，即使用Java堆的永久代来实现方法区，这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存，而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久代的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载,因此收益很小）

运行时常量池，是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本，字段，方法，接口，等描述等信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译器生成的各种字面量和符号的引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中，Java虚拟机对Class文件的每一部分(自然也包括常量池)的格式都有严格的规定，每一字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可，装载和执行。