Java虛擬機體系結構深刻研究總結

工做以來，代碼越寫越多，程序也愈來愈臃腫，效率愈來愈低，對於我這樣一個追求完美的程序員來講，這是絕對不被容許的，因而除了不斷優化程序結構外，內存優化和性能調優就成了我慣用的「伎倆」。

要對Java程序進行內存優化和性能調優，不瞭解虛擬機的內部原理(或者叫規範更嚴謹一點)是確定不行的，這裏推薦一本好書《深刻Java虛擬機 (第二版)》(Bill Venners著，曹曉剛 蔣靖 譯，實際上本文正是做者閱讀本書以後，對Java虛擬機的我的理解闡述)。固然了，瞭解Java虛擬機的好處並不只限於上述兩點好處。從更深一點的技術層 面上看，瞭解Java虛擬機的規範和實現，將更加有助於咱們編寫高效、穩定的Java代碼。好比，假如瞭解Java虛擬機的內存模型，瞭解虛擬機的內存回 收機制，那麼咱們就不會過度依賴它，而會在須要的時候顯式的」釋放內存」(Java代碼不能顯式釋放內存，可是能夠經過釋放對象引用告知垃圾回收器回收該 對象須要被回收)，以下降沒必要要的內存消耗；假如咱們瞭解Java棧的工做原理，那麼咱們就能夠經過減小遞歸層數，減小循環次數來下降堆棧溢出的風險。可 能對於應用開發人員來講，可能不會直接去涉及這些Java虛擬機底層實現的工做，可是瞭解這些背景知識，或多或少，都會對咱們寫的程序產生潛移默化的好的 影響。

本篇文章，將簡明扼要的說明Java虛擬機的體系結構和內存模型，若有用詞不妥或解釋不許確之處，請不吝指正，深感榮幸!

Java 虛擬機體系結構

 

類裝載子系統

Java虛擬機有兩種類裝載器，分別是啓動類裝載器和用戶自定義裝載器。

通類裝載子系統經過類的全限定名（包名和類名，網絡裝載還包括 URL）將 Class 裝載進運行時數據區。對於每個被裝載的類型，Java虛擬機都會建立一個java.lang.Class類的實例來表明該類型，該實例被放在內存中的堆 區，而裝載的類型信息則位於方法區，這一點和全部其餘對象都是同樣的。

類裝載子系統在裝載一個類型前，除了要定位和導入對應的二進制class文件外，還要驗證導入類的正確性，爲類變量分配並初始化內存，以及解析符號引用爲直接引用，這些動做嚴格按照如下順序進行：

1）裝載——查找並裝載類型的二進制數據；

2）鏈接——執行驗證，準備以及解析(可選)

3）驗證 確保被導入類型的正確性

4）準備 爲類變量分配內存，並將其初始化爲默認值

5）解析 把類型中的符號引用轉換爲直接應用

方法區

對於每個被類裝載子系統裝載的類型，虛擬機都會保存下列數據到方法區：

• 類型的全限定名

• 類型超類的全限定名(java.lang.Object沒有超類)

• 類型是類類型仍是接口類型

• 類型的訪問修飾符

• 任何直接超接口的全限定名有序列表

除了上述基本類型信息，還將保存以下信息：

• 類型的常量池

• 字段信息(包括字段名、字段類型、字段修飾符)

• 方法信息(包括方法名、返回類型、參數的數量和類型、方法修飾符，若是方法不是抽象和本地的，還將保存方法的字節碼、操做數棧和該方法棧幀中的局部變量區的大小和異常表)

• 常量之外的全部類變量(其實就是類的靜態變量，由於靜態變量是全部實例共享的，且與類型直接相關，因此他們是類一級的變量，做爲類的成員被保存在方法區)

一個到類ClassLoader的引用

//返回的就是剛纔保存的ClassLoader引用   
String.class.getClassLoader();

一個到Class類的引用

//將返回剛纔保存的Class類的引用   
String.class;

注意，方法區也是能夠被垃圾回收器回收的。

堆

Java程序在運行時建立的全部類實例或數組都放在同一個堆中，而每個Java虛擬機也是有一個對空間，全部線程共享一個堆(這就是一個多線程的Java程序會產生對象訪問的同步問題的緣由了)。

因爲每一種Java虛擬機都有對虛擬機規範的不一樣實現，因此咱們可能不知道每一種Java虛擬機在堆中是以何種形式表示對象實例的，不過咱們能夠經過下面這可能的實現來一窺端倪：

程序計數器

對於運行中的Java程序而言，每個線程都有本身的PC（程序計數器）寄存器，它是在該線程啓動時建立的，大小爲一個字長，用來保存須要被執行的下一行代碼的位置。

Java棧

每個線程都有一個Java棧，以棧幀爲單位保存線程的運行狀態。虛擬機對Java棧的操做有兩種：壓棧和出棧，兩者都已幀爲單位。棧幀保存了傳入參數、局部變量、中間運算結果等數據，在方法完成時被彈出，而後釋放。

看一下兩個局部變量相加時棧幀的內存快照

本地方法棧

這是 Java 調用操做系統本地庫的地方，用來實現 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）

執行引擎

Java虛擬機的核心，控制裝入 Java 字節碼並解析；對於運行中的Java程序而言，每個線程都是一個獨立的虛擬機執行引擎的實例，從線程生命週期的開始到結束，他要麼在執行字節碼，要麼在執行本地方法。

本地接口

鏈接了本地方法棧和操做系統庫。

注:文中全部提到」Java虛擬機」的地方都是指」JavaEE和JavaSE平臺的Java虛擬機規範」。

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