了解java虚拟机---JVM的基本结构（1）

2023-01-05 20:47:04

1. JVM的基本结构

1.1. 类加载子系统

类加载子系统负责从文件或者网络中加载Class信息，加载的类信息存放于方法区的内存空间。方法区中可能还会存放运行时常量信息，包括字符串与数字常量。（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）。

1.2. JAVA堆

JAVA的堆在JVM启动的时候建立，几乎所有的Java对象实例都存放于Java堆中。堆空间是所有线程共享的。根据垃圾回收机制的不同，JAVA堆有可能拥有不同的结构。最为常见的一种结构是将整个堆分为新生代和老年代以及持久代。

1. 对象的分配

对象首先分配在eden区，在一次Young GC后，如果对象还存活则会进入S0(from)或者S1(to).之后每次Young GC后如果对象存活，它的年龄就会加1，当对象年龄达到一定条件后，就会被认定为是老年对象，从而进入老年代。

package com.hl.heap;

public class SimleHeap {

    public int id;

    public SimleHeap(int id) {

        this.id = id;

    }

    public void show(){

        System.out.println("My ID is " + id);

    }

    public static void main(String[] args) {

        SimleHeap s1 = new SimleHeap(1);

        SimleHeap s2 = new SimleHeap(2);

        s1.show();

        s2.show();

    }

}

SimpleHeap类的信息存放在方法区，主函数中的s1和s2存放在JAVA栈中，并且指向堆中的两个实例。

1.3. 直接内存

JAVA的NIO允许java程序使用直接内存，直接内存是在JAVA堆外的，直接向系统申请的内存空间。通常访问直接内存的速度要优于JAVA堆，直接内存适用于频繁读写的场景，直接内存在JAVA堆外，因此它的大小不会直接受限于Xmx指定的最大堆大小的限制，但是JAVA堆和直接内存依然受限于系统的最大内存。

1.4. 垃圾回收系统

垃圾回收器可对方法区、JAVA堆和直接内存进行回收。

1.5. JAVA栈

每个JVM线程都有一个私有的JAVA栈，JAVA栈在线程创建的时候创建。JAVA栈中保存着局部变量、方法参数、同时和JAVA方法的调用、返回密切相关。

1.5.1 函数调用-出入JAVA栈

栈是线程私有的内存空间，线程执行的基本行为是函数调用，每次函数调用的数据都是通过JAVA栈传递的。JAVA栈是一块先进后出的数据结构，只支持出栈入栈两种操作。在JAVA栈中保存的主要内容为栈帧。每一次函数调用，都会有一个对应的栈帧被压入JAVA栈，每一个函数调用结束，都会有一个栈帧被弹出JAVA栈。JAVA方法有两种返回函数的方式，一种是正常的return，一个是抛出异常，不管哪种方式，都会导致栈被弹出。在一个栈中，至少要包含局部变量表、操作数栈和帧数据区几个部分。JVM提供了-Xss指定线程栈的最大空间，这个参数决定了函数调用的最大深度。

JAVA栈的结构

1.5.1.1 局部变量表

它用于保存函数的参数以及局部变量，局部变量表中的变量只在当前函数调用中有效，当函数调用结束后，随着函数栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。由于局部变量表在栈帧中，如果函数的参数与局部变量较多，会使得局部变量表膨胀，从而每一次函数调用就会占用更多的栈空间，最终导致函数的嵌套调用次数减少。

1.5.1.2 操作数栈

主要用于保存计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中变量的临时存储空间。操作数栈也是一个先进后出的数据结构，只支持入栈和出栈两种操作。

1.5.1.3 帧数据区

帧数据区中保存着返回常量池的指针，方便程序访问常量池。当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须恢复调用者函数的栈帧，并让调用者函数继续执行下去，虚拟机必须有一个异常处理表，方便在发生异常时找到处理异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区中重要的一部分。

1.5.1.4 栈上分配

是JVM优化的一项技术，对于哪些线程的私有对象，可以将它们打散分配在栈上，而不是分配在堆上。当函数调用结束后可以自行销毁，不需要GC介入，从而提高系统性能。

1.6. 方法区

和JAVA堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域。它用于保存系统的类信息，比如类的字段、方法、常量池等，方法区的大小决定了系统可以保存多少个类。在JDK1.7中方法区可以理解为永久区在JDK1.8中永久区被彻底移除，取而代之的是元数据区，元数据区是一块堆外的内存，与持久区不同的是，如果不指定元数据区大小，虚拟机会消耗系统内存，直到耗尽为止。

1.7. 本地方法栈

本地方法栈和java栈非常类似，最大的不同在于java栈用于java方法的调用，而本地方法栈则用于调用本地方法（dll,so）。

1.8. PC(Program Counter)寄存器

也是每个线程私有空间，Java虚拟机会为每个Java线程创建PC寄存器。在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，这个正在被执行的方法称为当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令。如果当前方法是本地方法，那么PC寄存器的值就是undefined。

1.9. 执行引擎

负责执行虚拟机的字节码

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