JVM组成部分以及内存模型

Posted 2020-09-12 mfmdaoyou

 一、JVM的组成部分

我们先把JVM这个虚拟机实现机制画出来，例如以下图所看到的：

从这个图中能够看到，JVM是执行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

我们再来看下JVM有哪些组

成部分，例如以下图所看到的：

1、 Class Loader 类载入器

类载入器的作用是载入类文件到内存，比方编写一个HelloWord.java程序，然后通过javac编译成class文件。

那怎么才干载入到内存中被运行呢？Class Loader承担的就是这个责任。那不可能随便建立一个.class文件就能

被载入的，Class Loader载入的class文件是有格式要求。在《JVM Specification》中式这样定义Class文件的

结构：

ClassFile {

u4 magic;

u2 minor_version;

u2 major_version;

u2 constant_pool_count;

cp_infoconstant_pool[constant_pool_count-1];

u2 access_flags;

u2 this_class;

u2 super_class;

u2 interfaces_count;

u2 interfaces[interfaces_count];

u2 fields_count;

field_info fields[fields_count];

u2 methods_count;

method_info methods[methods_count];

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

友情提示：Class Loader仅仅管载入，仅仅要符合文件结构就载入，至于说能不能执行，则不是它负责的，那是

由Execution Engine负责的。

2、 Execution Engine 运行引擎

运行引擎也叫做解释器(Interpreter)，负责解释命令。提交操作系统运行。

3、Native Interface本地接口

本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用。它的初衷是融合C/C++程序。Java诞生的时候是C/C++横行的时候，要想立足，必须有一个聪明的、睿智的调用C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码。它的详细做法是Native Method Stack中登记native方法。在Execution Engine运行时载入native libraies。眼下该方法使用的是越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比方通过Java程序驱动打印机。或者Java系统管理生产设备。在企业级应用中已经比較少见，由于如今的异构领域间的通信非常发达，比方能够使用Socket通信。也能够使用Web Service等等，不多做介绍。

4、 Runtimedata area执行数据区

执行数据区是整个JVM的重点。我们全部写的程序都被载入到这里，之后才開始执行，Java生态系统如此的繁荣。得益于该区域的优良自治。以下会具体介绍。整个JVM框架由载入器载入文件，然后执行器在内存中处理数据。须要与异构系统交互是能够通过本地接口进行，这样构成了一个完整的系统。

二、 JVM的内存管理

全部的数据和程序都是在执行数据区存放，它包含下面几部分：

1、Stack 栈

栈也叫栈内存。是Java程序的执行区，是在线程创建时创建，它的生命期是尾随线程的生命期，线程结束栈内

存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，仅仅要线程一结束。该栈就Over。问题出来了：栈中存的是那些

数据呢？又什么是格式呢？

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法(Method)和执行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了B方法。于是产生栈帧F2也被压入栈，执行完成后。先弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧，遵循“先进后出”原则。

那栈帧中究竟存在着什么数据呢？栈帧中主要保存3类数据：本地变量（Local Variables），包含输入參数和输出參数以及方法内的变量。栈操作（Operand Stack），记录出栈、入栈的操作。栈帧数据（Frame Data），包含类文件、方法等等。光说比較枯燥，我们画个图来理解一下Java栈。例如以下图所看到的:

图示在一个栈中有两个栈帧，栈帧2是最先被调用的方法，先入栈，然后方法2又调用了方法1，栈帧1处于栈顶的位置，栈帧2处于栈底。运行完成后，依次弹出栈帧1和栈帧2，线程结束，栈释放。

2、 Heap 堆内存

一个JVM实例仅仅存在一个堆类存。堆内存的大小是能够调节的。

类载入器读取了类文件后，须要把类、方法、

常变量放到堆内存中，以方便运行器运行。堆内存分为三部分：

(a)Permanent Space 永久存储区

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class,Interface的元数据，也就是说它存储的是运

行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占用

的内存。

(b)Young Generation Space 新生区

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生。应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace）。全部的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时。程序又须要创建对象。JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收，将伊甸园区中的不再被其它对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区。

若幸存0区也满了。再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那假设1区也满了呢？再移动到老年代。

(c)Tenure generation space 老年代

养老区用于保存从新生区筛选出来的JAVA对象。一般池对象都在这个区域活跃。

三个区的示意图例如以下：

3、Method Area 方法区

方法区是被全部线程共享。该区域保存全部字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数。接口代码也在

此定义。

4、PC Register 程序计数器

每一个线程都有一个程序计数器。就是一个指针，指向方法区中的方法字节码，由运行引擎读取下一条指令。

5、Native Method Stack 本地方法栈