JVM统介——Java虚拟机架构
0. 前言
Java虛擬機（Java virtualmachine）實現了Java語言最重要的特征：即平臺無關性。
平臺無關性原理：編譯后的 Java程序（.class文件）由 JVM執行。JVM屏蔽了與具體平臺相關的信息，使程序可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機在執行字節碼時，把字節碼解釋成具體平臺上的機器指令執行。因此實現Java平臺無關性。
1. JVM結構圖
JVM = 類加載器 classloader + 執行引擎 executionengine + 運行時數據區域 runtime data area
首先Java源代碼文件被Java編譯器編譯為字節碼文件，然后JVM中的類加載器加載完畢之后，交由JVM執行引擎執行。在整個程序執行過程中，JVM中的運行時數據區（內存）會用來存儲程序執行期間需要用到的數據和相關信息。
因此，在Java中我們常常說到的內存管理就是針對這段空間進行管理（如何分配和回收內存空間）。
2. ClassLoader
Classloader把硬盤上的class文件加載到JVM中的運行時數據區域，但是它不負責這個類文件能否執行，而這個是執行引擎負責的。
限于篇幅，類加載器的組織結構，加載類的機制原理等會在JVM——類加載器總結一文中描述。
雙親委派模型以及自定義類加載器會在JVM——自定義類加載器一文中描述。
3. 執行引擎
作用：執行字節碼，或者執行本地方法。
4. Runtime DataArea
JVM在運行期間，在運行時數據區對JVM內存空間的劃分和分配，劃分為了以下幾個區域來存儲。
（圖注：JDK1.7已經把常量池轉移到堆里面了！）
- PC計數器（The PC Register）
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（1）每一個Java線程都有一個PC寄存器，用以記錄比如在線程切換回來后恢復到正確的執行位置。
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（2）如該線程正在執行一個Java方法，則計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼地址，如執行native方法，則計數器值為空。
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（3）此內存區域是唯一一個在JVM中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
- JVM棧（Java Virtual MachineStacks）
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（1）JVM棧是線程私有的，并且生命周期與線程相同。并且當線程運行完畢后，相應內存也就被自動回收。
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（2）棧里面存放的元素叫棧幀，每個方法從調用到執行結束，其實是對應一個棧幀的入棧和出棧。棧幀用于存儲執行方法時的一些數據，如局部變量表、操作數棧（執行引擎計算時需要），方法出口等等。
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（3）這個區域可能有兩種異常：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常（如：將一個函數反復遞歸自己，最終會出現這種異常）。如果JVM棧可以動態擴展（大部分JVM是可以的），當擴展時無法申請到足夠內存則拋出OutOfMemoryError異常。
- 本地方法棧（Native Method Stacks）
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（1）本地方法棧與JVM棧的作用很相似，他們的區別在于虛擬機棧是為執行Java代碼方法服務，而本地方法棧是為Native方法服務。
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（2）和JVM棧一樣，這個區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
- 方法區（Method Area）
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（1）方法區域是全局共享的，比如每個線程都可以訪問同一個類的靜態變量。在方法區中，存儲了已被JVM加載的類的信息、靜態變量、編譯器編譯后的代碼等。如，當程序中通過getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數據來源于方法區。
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（2）由于使用反射機制的原因，虛擬機很難推測哪個類信息不再使用，因此這塊區域的回收很難！另外，對這塊區域主要是針對常量池回收，值得注意的是JDK1.7已經把常量池轉移到堆里面了。
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（3）同樣，當方法區無法滿足內存分配需求時，會拋出OutOfMemoryError。
- 運行時常量池（Runtime Constant Pool）
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（1）存放類中固定的常量信息、方法引用信息等，其空間從方法區域（JDK1.7后為堆空間）中分配。
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（2）Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有就是常量表，用于存放編譯期已可知的常量，這部分內容將在類加載后進入方法區（永久代）存放。但是Java語言并不要求常量一定只有編譯期預置入Class的常量表的內容才能進入方法區常量池，運行期間也可將新內容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。
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（3）當常量池無法在申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常，上面也分析過了。
- Java堆
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（1）Java堆是JVM所管理的最大的一塊內存。它是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建。
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（2）幾乎所有的實例對象都是在這塊區域中存放。（JIT編譯器貌似不是這樣的）。
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（3）Java堆是垃圾收集管理的主要戰場。所有Java堆可以細分為：新生代和老年代。再細致分就是把新生代分為：Eden空間、FromSurvivor空間、To
Survivor空間。JVM具體的垃圾回收機制總結請查看我的另外一篇JVM——內存管理和垃圾回收。 -
（4）根據Java虛擬機規范的規定，Java堆可以處于物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可。
如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
5. 堆和棧的區別
這是一個非常常見的面試題，主要從以下幾個方面來回答。
- （1）各司其職
最主要的區別就是棧內存用來存儲局部變量和方法調用信息。
而堆內存用來存儲Java中的對象。無論是成員變量、局部變量還是類變量，它們指向的對象都存儲在堆內存中。
- （2）空間大小
棧的內存要遠遠小于堆內存，如果你使用遞歸的話，那么你的棧很快就會充滿并產生StackOverFlowError。
關于如何設置堆棧內存的大小，可以查看JVM——內存管理和垃圾回收中的相關介紹。
- （3）獨有還是共享
棧內存歸屬于線程的私有內存，每個線程都會有一個棧內存，其存儲的變量只能在其所屬線程中可見。
而堆內存中的對象對所有線程可見，可以被所有線程訪問。
- （4）異常錯誤
如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。
如果JVM棧可以動態擴展（大部分JVM是可以的），當擴展時無法申請到足夠內存則拋出OutOfMemoryError異常。
而堆內存沒有可用的空間存儲生成的對象，JVM會拋出java.lang.OutOfMemoryError。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的JVM统介——Java虚拟机架构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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