淺談JVM內存結構

內存是操做系統中不可或缺的部分，一臺機器有內存才能正常穩定地運行。編程語言從來都有本身的內存管理機制，尤爲是Java，它不像C同樣須要本身維護內存的關係，而是經過本身的內部機制JVM來管理內存。這雖然下降了開發同窗們的入手難度，但同時也使得在運行時一旦拋出內存異常，很難知道發生了什麼。如下就簡單地來介紹一下JVM內存的結構。

廢話很少說，先看下面圖表：

▲圖表1 JVM總體結構▲

此時可能有些人會一頭霧水，彆着急，咱們一點點來看。

先看第一部分：

▲圖表2 類裝載系統▲

這個表明了一個類被裝入JVM的過程。若是用更簡單的比喻，它相似初學JDBC時Class.forName()所作的事情。具體來說，會分爲如下幾步：

1. 加載：將字節碼文件按照雙親委託機制（當某個類加載器須要加載某個.class文件時，它首先把這個任務委託給他的上級類加載器，遞歸這個操做。若是上級的類加載器沒有加載，本身才會去加載這個類，方塊中對應的即是Bootstrap Class Loader（啓動類加載器），Extension Class Loader （標準擴展類加載器），Application Class Loader（系統類加載器））進行加載；
2. 連接字節碼文件：分爲三個步驟，分別是字節碼驗證（verify）、class類數據結構分析（prepare）以及相應的內存分配和最後的符號表的連接（resolve）；
3. 初始化操做：好比類中靜態屬性和初始化賦值，以及靜態塊的執行等。

一個類就是這樣被裝入了內存，那麼在程序中會發生什麼呢？彆着急，且聽我慢慢道來：

▲圖表3 Java內存結構▲

這張圖是運行時數據區，表示了當前JVM的全部狀態，讓咱們一個區一個區看看：

1. 方法區（Method Area）：用於存儲已被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。運行時常量池也是方法區的一部分，好比String w = 」hello」;中，hello就被放在了方法區裏。方法區是線程共享的。有一點要注意，JDK1.8 使用元空間 MetaSpace 替代方法區，元空間並不在 JVM中，而是使用本地內存；

_2. 堆區（Heap Area）：_堆區是JVM中佔地最大的區域，全部的實例對象所有都在堆區上，這個位置也是線程共享的；

3. 棧區（Stack Area）：存放了每個線程的當前狀態，每個線程都有一個本身的棧，而棧中存放了如下數據組成的一個個棧幀：操做數、局部變量表、動態連接、返回地址，須要注意的是，棧中只存引用或者基本類型，並且線程不共享（並無指內部的優化動做）；

4. 程序計數器（PC Registers）： 它是當前線程執行字節碼的行號指示器。在多線程中，爲了讓每一個線程切換回來後可以恢復原來執行的指令，就須要爲每一個線程啓動一個PC計數器，這些計數器之間是互補影響的，由於程序計數器和棧同樣都是線程私有的。固然程序計數器是JVM惟一個不會出現內存溢出的組件；

5. 本地方法棧（Native Method Statck）：保存了本地方法，它是當程序調用類庫（本地方法）中的方法時纔會用到它，即native method。

接下來就要介紹爲咱們勤勤懇懇工做的執行引擎啦：

▲圖表4 Java執行引擎▲

Java執行分爲編譯執行（JIT compilation）和解釋執行（Interpreter）。

首先咱們要明白什麼是編譯執行，什麼是解釋執行：

Bash就是屬於解釋執行語言，一行行解釋代碼來完成命令；

C就是編譯執行， 將文件編譯成字節碼，接着運行。

那爲何Java會用兩套編譯手段呢？先看下面這個例子：

假定你是導演，寫了個劇本，讓演員表演。

一種方式是讓演員把整個劇本都背下來，吃透到腦子裏，而後連續表演一個小時。

另外一種方式是讓演員表演兩分鐘，再看兩分鐘腳本，思考一下，再表演兩分鐘，再看一會腳本，思考一下…

單純從效率上來說，第一種方式必定會比第二種方式表演起來更熟練，可是現實每每不容許，或者沒必要要。若是不是很是須要表演的技巧，簡單地看一下劇本就好啦。在特別考驗表演技巧時，才須要背下整個劇本，這樣才能在表演時更好地展示本身的風采。

Java也是如此，由JIT發現熱代碼後，將指令集優化（好比重排，合併），而後生成字節碼供系統運行。至於其餘的代碼呢，簡單的解釋執行完就行了~

在運行的過程當中必定會產生不少的垃圾，由於隨着系統運行，不少對象都會廢棄不用，此時就須要使用垃圾回收機制Garbage Collection（垃圾回收內容太多了，之後能夠單拿出來說講）。

最後，來看下Java與系統底層交互：

▲圖表5 Java與系統底層交互▲

JNI（Java本地接口）經過使用Java本地接口書寫程序，能夠確保代碼在不一樣的平臺上方便移植。經過JNI實現與本地方法庫的調用交互，使得在Java虛擬機內運行的Java代碼可以與其它編程語言互相操做，包括_建立本地方法、更新Java對象、調用Java方法，_引用Java類，捕捉和拋出異常等，也容許Java代碼調用 C/C++或彙編語言編寫的庫。

好啦，今天就到這裏，相信你們對JVM的內存模型已經有了必定的認知，但願在遇到這種問題時，本篇內容能夠幫到正在閱讀的你。學習技術是一個日積月累的過程，切不可急躁~若是寫代碼有天意，那必定是讓你修煉！