【轉】JVM介紹

1. 什麼是JVM？

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機）的縮寫，JVM是一種用於計算設備的規範，它是一個虛構出來的計算機，是經過在實際的計算機上仿真模擬各類計算機功能來實現的。Java虛擬機包括一套字節碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收堆和一個存儲方法域。 JVM屏蔽了與具體操做系統平臺相關的信息，使Java程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼（字節碼）,就能夠在多種平臺上不加修改地運行。JVM在執行字節碼時，實際上最終仍是把字節碼解釋成具體平臺上的機器指令執行。

Java語言的一個很是重要的特色就是與平臺的無關性。而使用Java虛擬機是實現這一特色的關鍵。通常的高級語言若是要在不一樣的平臺上運行，至少須要編譯成不一樣的目標代碼。而引入Java語言虛擬機後，Java語言在不一樣平臺上運行時不須要從新編譯。Java語言使用Java虛擬機屏蔽了與具體平臺相關的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼（字節碼），就能夠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。這就是Java的可以「一次編譯，處處運行」的緣由。

2. JRE/JDK/JVM是什麼關係？

JRE(JavaRuntimeEnvironment，Java運行環境)，也就是Java平臺。全部的Java 程序都要在JRE下才能運行。普通用戶只須要運行已開發好的java程序，安裝JRE便可。

JDK(Java Development Kit)是程序開發者用來來編譯、調試java程序用的開發工具包。JDK的工具也是Java程序，也須要JRE才能運行。爲了保持JDK的獨立性和完整性，在JDK的安裝過程當中，JRE也是 安裝的一部分。因此，在JDK的安裝目錄下有一個名爲jre的目錄，用於存放JRE文件。

JVM(JavaVirtualMachine，Java虛擬機)是JRE的一部分。它是一個虛構出來的計算機，是經過在實際的計算機上仿真模擬各類計算機功能來實現的。JVM有本身完善的硬件架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具備相應的指令系統。Java語言最重要的特色就是跨平臺運行。使用JVM就是爲了支持與操做系統無關，實現跨平臺。

3. JVM原理

JVM是java的核心和基礎，在java編譯器和os平臺之間的虛擬處理器。它是一種利用軟件方法實現的抽象的計算機基於下層的操做系統和硬件平臺，能夠在上面執行java的字節碼程序。

 

java編譯器只要面向JVM，生成JVM能理解的代碼或字節碼文件。Java源文件經編譯成字節碼程序，經過JVM將每一條指令翻譯成不一樣平臺機器碼，經過特定平臺運行。

 

4. JVM執行程序的過程

1) 加載.class文件 2) 管理並分配內存 3) 執行垃圾收集

JRE（java運行時環境）由JVM構造的java程序的運行環，也是Java程序運行的環境，可是他同時一個操做系統的一個應用程序一個進程，所以他也有他本身的運行的生命週期，也有本身的代碼和數據空間。JVM在整個jdk中處於最底層，負責於操做系統的交互，用來屏蔽操做系統環境，提供一個完整的Java運行環境，所以也就虛擬計算機。操做系統裝入JVM是經過jdk中Java.exe來完成，經過下面4步來完成JVM環境：1) 建立JVM裝載環境和配置 2) 裝載JVM.dll 3) 初始化JVM.dll並掛界到JNIENV(JNI調用接口)實例4) 調用JNIEnv實例裝載並處理class類。

 

5. JVM的生命週期

1) JVM實例對應了一個獨立運行的java程序它是進程級別 
a) 啓動。啓動一個Java程序時，一個JVM實例就產生了，任何一個擁有public static void 
main(String[] args)函數的class均可以做爲JVM實例運行的起點 
b) 運行。main()做爲該程序初始線程的起點，任何其餘線程均由該線程啓動。JVM內部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬於非守護線程，守護線程一般由JVM本身使用，java程序也能夠代表本身建立的線程是守護線程 
c) 消亡。當程序中的全部非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器容許，程序也可使用Runtime類或者System.exit()來退出

 

2) JVM執行引擎實例則對應了屬於用戶運行程序的線程它是線程級別的

 

6. JVM的體系結構

 

• 類裝載器（ClassLoader）（用來裝載.class文件）
• 執行引擎（執行字節碼，或者執行本地方法）
• 運行時數據區（方法區、堆、java棧、PC寄存器、本地方法棧）

7. JVM運行時數據區

第一塊：PC寄存器

PC寄存器是用於存儲每一個線程下一步將執行的JVM指令，如該方法爲native的，則PC寄存器中不存儲任何信息。

第二塊：JVM棧

JVM棧是線程私有的，每一個線程建立的同時都會建立JVM棧，JVM棧中存放的爲當前線程中局部基本類型的變量（java中定義的八種基本類型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結果以及Stack Frame，非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址。

第三塊：堆（Heap）

它是JVM用來存儲對象實例以及數組值的區域，能夠認爲Java中全部經過new建立的對象的內存都在此分配，Heap中的對象的內存須要等待GC進行回收。

（1） 堆是JVM中全部線程共享的，所以在其上進行對象內存的分配均須要進行加鎖，這也致使了new對象的開銷是比較大的

（2） Sun Hotspot JVM爲了提高對象內存分配的效率，對於所建立的線程都會分配一塊獨立的空間TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根據運行的狀況計算而得，在TLAB上分配對象時不須要加鎖，所以JVM在給線程的對象分配內存時會盡可能的在TLAB上分配，在這種狀況下JVM中分配對象內存的性能和C基本是同樣高效的，但若是對象過大的話則仍然是直接使用堆空間分配

（3） TLAB僅做用於新生代的Eden Space，所以在編寫Java程序時，一般多個小的對象比大的對象分配起來更加高效。

（4） 全部新建立的Object 都將會存儲在新生代Yong Generation中。若是Young Generation的數據在一次或屢次GC後存活下來，那麼將被轉移到OldGeneration。新的Object老是建立在Eden Space。

第四塊：方法區域（Method Area）

（1）在Sun JDK中這塊區域對應的爲PermanetGeneration，又稱爲持久代。

（2）方法區域存放了所加載的類的信息（名稱、修飾符等）、類中的靜態變量、類中定義爲final類型的常量、類中的Field信息、類中的方法信息，當開發人員在程序中經過Class對象中的getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數據都來源於方法區域，同時方法區域也是全局共享的，在必定的條件下它也會被GC，當方法區域須要使用的內存超過其容許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤信息。

第五塊：運行時常量池（Runtime Constant Pool）

存放的爲類中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空間從方法區域中分配。

第六塊：本地方法堆棧（Native Method Stacks）

JVM採用本地方法堆棧來支持native方法的執行，此區域用於存儲每一個native方法調用的狀態。

8. JVM垃圾回收

GC (Garbage Collection)的基本原理：將內存中再也不被使用的對象進行回收，GC中用於回收的方法稱爲收集器，因爲GC須要消耗一些資源和時間，Java在對對象的生命週期特徵進行分析後，按照新生代、舊生代的方式來對對象進行收集，以儘量的縮短GC對應用形成的暫停

（1）對新生代的對象的收集稱爲minor GC；

（2）對舊生代的對象的收集稱爲Full GC；

（3）程序中主動調用System.gc()強制執行的GC爲Full GC。

不一樣的對象引用類型， GC會採用不一樣的方法進行回收，JVM對象的引用分爲了四種類型：

（1）強引用：默認狀況下，對象採用的均爲強引用（這個對象的實例沒有其餘對象引用，GC時纔會被回收）

（2）軟引用：軟引用是Java中提供的一種比較適合於緩存場景的應用（只有在內存不夠用的狀況下才會被GC）

（3）弱引用：在GC時必定會被GC回收

（4）虛引用：因爲虛引用只是用來得知對象是否被GC