這是一篇你能看懂 Java JVM 文章

(本文參考深刻理解JAVA虛擬機第二版第2章)
複製代碼

1、認識Java環境

在講 JVM 以前，先講講 JDK、JRE和 JVM 的關係，以下面這張圖(圖片來自百度圖片)：

能夠看到他們的包含關係是 JDK>JRE>JVM

• JDK：jdk是支持 JAVA程序開發的最小環境，集成了JRE和一些工具包，如 javac，jar等；好比一個可運行jar，你就須要安裝了jdk，才能運行起來
• JRE：是Java運行時的標準環境，除了JVM的環境還有一些基本的JAVA庫，好比界面的 swing、I/O等

JVM：熟稱Java虛擬機，也叫運行時數據區域，是保證跨平臺的基本，由於 jvm 只認識字節碼，只要linux、window、mac 有jvm 都是能夠編譯執行的；固然它還有一個

而這裏，咱們就須要講解 JVM 這個 運行時數據區域的分佈了，以下圖(圖片來自百度圖片，稍微修改了一點)：

上面解釋了一個java程序是怎麼運行的，其中 內存空間這裏，就是 JVM 了；

• 線程共享區：即程序運行時，數據在各個線程之間是共享的，好比某個方法，某個類，還有一些運行時常量
• 線程私有區：各個線程之間的數據是獨立的，好比多線程的數據

爲了方便解釋，這裏的順序不會像上圖那裏的順序來；

2、線程私有區

2.一、程序計算器

首先先了解程序計算器，線程(UI線程)中程序語句的執行都離不開它，對它的解釋以下：

1. 是一塊較小的內存存於，能夠看作當前線程執行字節碼時的行號指示器
2. 程序的運行，好比跳轉、循環等指令，就是經過改變計算器的數值，來選取下一條須要執行的字節碼指令
3. 多線程時，每一個線程的程序計算器都是獨立的，相互不干擾，獨立儲存；即記錄每次線程的位置，方便下次線程切換過來，知道上次線程的運行到哪了

2.2 虛擬機棧

結合方法去中的一些變量和常量去理解會比較好
複製代碼

虛擬機棧也是線程私有的，與線程的生命週期相同；它對應着線程的內存模式，每一個方法在執行的時候，都有一個棧幀用於存儲局部表，操做數棧、動態連接、方法出口等信息；每一個方法的執行，都對應着一個棧幀在虛擬機棧中的入棧和出棧，以下圖(網上找的,當時保留的，具體哪位的有點忘了，看到能夠聯繫我)

局部變量表：

• 存儲了編譯器存放着各類基本數據類型(boolean、byte、char等)
• 對象引用類型，這裏的對象不是對象自己，多是對象的尋址指針，也多是句柄或者相關位置
• returnAddress 類型，指向了一條字節碼指令的地址

當進入一個方法時，這些變量在幀中分配的內存大小時固定的，在運行時不會改變局部變量表的大小。針對這個區域，規定了兩種異常狀況

• 若是虛擬機不支持動態擴展，當線程請求的棧大小大於虛擬機規定的大小時，拋出 StackOverflowError
• 若是虛擬機棧能夠動態擴展，若是擴展時，沒法申請到足夠的內存，拋出 OutOfMemoryError

操做數棧：

操做數棧，也能夠稱作操做棧，它能夠是 Java 的任意類型，在數據提取時入棧和出棧，好比 int a = 1 + 2;在把1,2入到這個操做的棧的時候，也會把1,2提取出來，再分配給 a； 動態鏈接：

能夠這樣理解，好比線程中的一個A方法，在類加載的時候，它只是一個符號引用，在運行期間，轉換爲直接引用，這種稱爲動態鏈接，關於符號引用，後面會說道。 方法出口： 其實就是返回地址，當方法執行完畢或者手動退出時，就出棧了，用來記錄一些信息，好比恢復局部變量等信息

2.3 本地方法棧

本地方法棧與虛擬機棧的做用很是類似；只不過虛擬機棧執行的是 java 的字節碼服務，而本地方法棧執行的是 Native 方法服務； 本地方法棧一樣會穿件棧幀，如局部變量表、操做棧等信息，同時也有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常

3、線程共享區

3.1 Java 堆：

是Java虛擬機鎖管理的內存中最大的一塊，在虛擬機啓動建立時，此內存區域的惟一目的就是存放對象實例，幾乎全部的對象實例都是在這分配內存的； Java 堆是內存回收的主要區域，也叫 GC 堆；根據規定，Java堆的物理地址能夠是不連續的，只要保證邏輯上是連續的便可。因爲Java 堆基本採用分代手機算法，因此也能夠分爲：新生代和老年代；再細緻分，也能夠分爲 Eden空間，From Survivor 空間、To Surivivor 空間等涉及到的GC回收算法，後面再開章節介紹。

3.2 方法堆

方法堆也是線程共享的一個區域塊，它用於存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。雖然Java虛擬機規範把方法區規定爲 Java 堆的一個邏輯模塊，但它還有一個方法，叫 Non-Heap (非堆) ，目的就是爲了和 Java堆區分開來

3.2.1 運行時常量池

運行時常量池，其實算方法區的一部分。Class文件中除了有 類的版本、字段、方法、接口等信息外；還有一項信息就是常量池，用於存放編譯期生成的字面量和字符引用，以下圖： (圖片來源 blog.csdn.net/wangbiao007…)

4、直接內存

在JDK1.4中，新增長了一個 NIO（New Inout/Outinput）類，引入了一種基於通道(channel)與緩衝區（buffer）的I/O方式，它可使用 Native 函數庫直接分配堆外內存，而後經過一個存儲在Java 堆中的 DirectByteBuffer 對象做爲這塊內存的引用進行操做。這樣在一些場景中可以顯著提高技能，避免了數據再 Java 堆和 Native 堆中來回複製數據，常見的通道類型有：

• FileChannel：從文件中讀寫數據
• DatagramChannel：從UDP中讀寫數據
• SocketChannel：從TCP中讀寫數據
• ServerSocketChannel：用來監聽 websocket 的鏈接

具體案例能夠查找NIO的具體案例 直接內存，不是虛擬機運行時內存區的一部分，也不是Java規範中定義的內存區域。但既然是內存，若是 超過了 RAM 和 SWAP 尋址空間限制，仍是會報OutOfMemoryError的。

5、HotSpot 虛擬機對象探祕

上面瞭解了 JVM 的一些知識以後，那麼一個對象的建立是怎麼樣的呢？對象的建立，能夠分爲如下幾個步驟

類加載

當虛擬機遇到一個 new 指令的時候，會先去檢測這個指令的參數是否能定位到這個類的符號引用，並檢查這個類是否被加載、解釋或初始化過。若是沒有，則執行類加載 (後面新開一章解釋)

內存分配

在類加載經過以後，虛擬機將爲新生對象分配內存，對象所需內存的大小在類加載完成後即可徹底肯定，至關於從Java堆中抽取一塊內存出來；而根據內存的是否絕對規整，分爲 指針碰撞 和 空閒列表 兩種分配方式：

• 指針碰撞：假設Java堆中的內存只絕對規整的，分爲空閒和非空閒兩種，中間用一個指針當作劃分界限的指示器；當一個新對象須要分配對象時，至關於把指針向空閒區域移動一段與對象大小相等的距離
• 空閒列表：假設Java堆的內存不是絕對規整的，空閒和非空閒是相互交錯的，那就須要一個列表，用來記錄哪些內存塊是能夠用的，在對象分配內存時，劃分一塊大小相等的區域給對象，並更新這個列表

從上面的解釋看，用哪一種分配方式，是經過Java堆的內存塊是否絕對規整決定的。

內存分配

但對象的建立是頻繁的，在併發的狀況，多線程不必定是安全的，即存在A對象在分配內存，指針還將來得及修改，B對象也同時使用了原來的指針來分配對象。因此又衍生了兩種解決辦法，CAS+失敗重試 和 TLAB兩種方式

• CAS+失敗重試：虛擬機採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操做的原子性 (關於CAS鎖，是樂觀鎖的一種實現，解釋起來也比較麻煩，能夠參考這裏：www.cnblogs.com/javalyy/p/8…)
• TLAB：本地線程分配緩衝，把內存分配的動做按照線程分配劃分在不一樣的空間中進行，即每一個線程在Java堆中預先分配一小塊內存，哪一個線程須要須要分配，先在 TLAB 中分配，用完了並從新分配新的TLAB時，才須要同步鎖定。

初始值爲零

在內存分配完成以後，虛擬機須要將分配到的內存空間初始化爲零值 (除對象頭外)，這一步操做也保證了對象的實例字段在java代碼中能夠不賦初始值就可使用，由於程序能訪問這些字段的數據類型所對應的零值。

設置對象頭

初始值設置以後，怎麼知道對象是哪一個類的實例，如何才能找到類的元數據信息、哈希碼、GC分代年齡等信息呢？這就須要對對象頭進行一些必要的設置，才能定位到，詳細在5.2節介紹。

入棧，執行init指令：

從虛擬機來看，對象已經分配產生完成了，且入棧了；但 Java 程序來看，這纔剛開始，因此，new 以後，則執行 init 方法，進行初始化。

5.2 對象的內存分佈

上面講解了對象在 虛擬機的分配以後，再擴展一下，對象在內存中是怎麼分配的呢，對象在內存中的存儲佈局可分爲 3個部分：

對象頭

其中，對象頭能夠再細分爲兩部分：

• 存儲對象自身的運行時數據：如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的、偏向線程ID等信息
• 類型指針：即對象指向它的類元數據的指針，虛擬機經過這個來肯定這個對象是哪一個類的實例

實例數據

是對象真正儲存的有效信息，好比程序中定義的各類類型的字段內容，不管父類和子類都會記錄下來；在分配時，相同寬度的字段會被分配到一塊兒，這也是父類定義的變量會出如今子類以前的緣由。

對齊填充

沒啥實際意義，只是爲了保證對象是8字節的整數倍，沒對齊時，用來補全而已。

5.3 對象的訪問定位

創建對象是爲了使用對象，Java 程序須要經過棧上的 reference 數據來操做堆上的具體對象；但這些訪問方式取決於虛擬機實現而定，目前主流有句柄和直接指針兩種:

• 句柄：從Java 堆中劃分出一塊內存用來做爲句柄池，reference 中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息，以下圖(圖片來自Java虛擬機第三版)

  

• 直接指針在直接指針中，reference 儲存的就是對象地址，因此，須要考慮的是如何防止訪問類型數據的相關信息(圖片來自Java虛擬機第三版)

  

優勢介紹： 句柄：使用句柄好處是，reference中存放的是文檔的句柄地址，對象被移動時，只改變句柄的實例數據指針，而reference 自己不須要修改 直接指針：使用直接指針的最大好處就是速度更快，節省了指針定位的開銷；

擴展

爲何字符串拼接的時候，不適合用 String ，而應該使用 StringBuilder 或者 StringBuffer ？ 好比 String = "abc"; (可參考常量池來解釋喲)