JVM——Java虛擬機架構

Java虛擬機（Java virtualmachine）實現了Java語言最重要的特徵：即平臺無關性。

平臺無關性原理：編譯後的 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。所以實現Java平臺無關性。

本文主要介紹JVM中的架構知識，轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/seu_calvin/article/details/51404589

 

 

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編譯器編譯爲字節碼文件，而後JVM中的類加載器加載完畢以後，交由JVM執行引擎執行。在整個程序執行過程當中，JVM中的運行時數據區（內存）會用來存儲程序執行期間須要用到的數據和相關信息。

 

所以，在Java中咱們經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，可是它不負責這個類文件可否執行，而這個是執行引擎負責的。

限於篇幅，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 

做用：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，劃分爲瞭如下幾個區域來存儲。

（圖注：JDK1.7已經把常量池轉移到堆裏面了！）

 

PC計數器（The pc Register）

（1）每個Java線程都有一個PC寄存器，用以記錄好比在線程切換回來後恢復到正確的執行位置。

（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，則計數器值爲空。

（3）此內存區域是惟一一個在JVM中沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。

 

 

JVM棧（Java Virtual MachineStacks）

（1）JVM棧是線程私有的，而且生命週期與線程相同。而且當線程運行完畢後，相應內存也就被自動回收。

（2）棧裏面存放的元素叫棧幀，每一個方法從調用到執行結束，實際上是對應一個棧幀的入棧和出棧。

棧幀用於存儲執行方法時的一些數據，如局部變量表、操做數棧（執行引擎計算時須要），方法出口等等。

（3）這個區域可能有兩種異常：若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常（如：將一個函數反覆遞歸本身，最終會出現這種異常）。若是JVM棧能夠動態擴展（大部分JVM是能夠的），當擴展時沒法申請到足夠內存則拋出OutOfMemoryError異常。

 

本地方法棧（Native Method Stacks）

（1）本地方法棧與虛擬機棧所發揮的做用很類似，他們的區別在於虛擬機棧爲執行Java代碼方法服務，而本地方法棧是爲Native方法服務。

（2）和JVM棧同樣，這個區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

 

 

方法區（Method Area）

（1）方法區域是全局共享的，好比每一個線程均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、編譯器編譯後的代碼等。如，當程序中經過getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數據來源於方法區。

 

（2）因爲使用反射機制的緣由，虛擬機很難推測哪一個類信息再也不使用，所以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裏面了。

（3）一樣，當方法區沒法知足內存分配需求時，會拋出OutOfMemoryError。

 

運行時常量池（Runtime Constant Pool）

 

（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後爲堆空間）中分配。

（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，用於存放編譯期已可知的常量，這部份內容將在類加載後進入方法區（永久代）存放。可是Java語言並不要求常量必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）。

（3）當常量池沒法在申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常，上面也分析過了。

 

Java堆

（1）Java堆是JVM所管理的最大的一塊內存。它是被全部線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時建立。

（2）幾乎全部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）。

（3）Java堆是垃圾收集管理的主要戰場。全部Java堆能夠細分爲：新生代和老年代。再細緻分就是把新生代分爲：Eden空間、FromSurvivor空間、To Survivor空間。

（4）根據Java虛擬機規範的規定，Java堆能夠處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的便可。

若是在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

 

5. 堆和棧的區別

這是一個很是常見的面試題，主要從如下幾個方面來回答。

 

（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。不管是成員變量、局部變量仍是類變量，它們指向的對象都存儲在堆內存中。

 

（2）空間大小

棧的內存要遠遠小於堆內存，若是你使用遞歸的話，那麼你的棧很快就會充滿併產生StackOverFlowError。

 

（3）獨有仍是共享

棧內存歸屬於線程的私有內存，每一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全部線程可見，能夠被全部線程訪問。

 

（4）異常錯誤

若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常。

若是JVM棧能夠動態擴展（大部分JVM是能夠的），當擴展時沒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。

 

以上即是關於JVM架構的相關知識。

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