JVM理论学习一

JVM介绍

JVM 是Java Virtual Machine（JVM ）的缩写，JVM 是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM 与JDK、JRE的关系从下图可以很清晰的了解，图中蓝色部分为JVM ，从图中了解到JVM 从属于JRE 。

 java程序运行流程

首先，要编写一个Java 程序，将其保存为.java 类型文件；

然后，通过JDK bin目录下的javac 应用程序将.java 文件编译成.class 类型文件；

最后，通过JDK bin目录下的java 应用程序执行.class 文件，输出结果。

 

程序开始执行时JVM 运行，程序结束后JVM也随之停止。你在同一台机器上运行三个程序，就会有三个运行中的JVM 进程。如下图

 

 JVM 总是开始于一个main() 方法，这个方法必须是公有、返回void、直接受一个字符串数组。在程序执行时，必须给JVM 指定main() 方法所在类。

 

main() 方法是程序的起点，他被执行的线程初始化为程序的初始线程。程序中其他的线程都由他来启动。Java 中的线程分为两种：守护线程(daemon)和普通线程(non-daemon)。守护线程是JVM 自己使用的线程，比如负责垃圾收集的线程就是一个守护线程。当然，你也可以把自己的程序设置为守护线程，这里main() 方法的初始线程不是守护线程。

 

JVM组成

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。由一个"class loader subsystem"(类加载器子系统：用于加载符合JVM 规格的类型(类或接口)、"execution engine"(执行引擎：负责执行已经加载类中的方法)和"runtime data areas"(运行时数据区：用于存储运行时数据) 这三部分组成。

 

 

类装载器子系统：用来装载.class 文件的。Class Loader加载的class文件是有格式要求，需要详细了解的话，可以仔细阅读《JVM Specification》。

注意：Class Loader只管加载，只要符合文件结构就加载，至于说能不能运行，则不是它负责的，那是由Execution Engine负责的。

 

执行引擎：执行字节码或本地方法，执行引擎也叫做解释器(Interpreter)，负责解释命令，提交操作系统执行。

 

Native Interface本地接口：为了调用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，它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies。

 

运行时数据区(runtime data areas)：我们所有写的程序都被加载到这里，之后才开始运行，Java生态系统如此的繁荣，得益于该区域的优良自治。整个JVM框架由加载器加载文件，然后执行器在内存中处理数据，需要与异构系统交互是可以通过本地接口进行。

 

 

 

PC Register 程序计数器

一块很小的内存区域，作用是当前线程所执行字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机中的多线程是通过线程轮流切换并分配CPU执行时间来实现的，在任何一个确定的时刻，一个CPU只会执行一条线程中的指令。因此为了线程切换后可以恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，相互独立。称这类内存为“线程私有的内存”。

 

Java虚拟机栈

栈也是线程私有的，它的生命周期和线程相同，线程启动时创建。这个栈中存放一系列的栈帧，每个方法执行的时候会创建一个栈帧（用于存放局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息），压入栈中，方法执行完成会弹出栈帧，如果方法出现异常可以调用printStackTrace来查看栈的情况。

 

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈作用非常相似，区别是本地方法栈。虚拟机规范中对本地方法栈没有具体的规定，因此虚拟机可以自由的实现。Sun HotSpot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

 

Java 堆

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。

 

由于现在的收集器基本都是分代收集算法，主要分成：新生代（Eden区、From Survivior区、To Survivor区）和年老代。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer TLAB）

 

方法区

Method Area和java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用户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数据。

 

直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是被频繁的使用。在JDK1.4以后引入了NIO，基于Channel和Buffer的I/O方式，使用Native函数库直接分配堆外内存。显然，本机直接内存分配不会受到java堆大小的限制，会收到本机总内存的限制。所以在配置堆内存的时候，注意下物理内存和操作系统的限制。