什麼是Java虛擬機
虛擬機是一種抽象化的計算機，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虛擬機有本身完善的硬體架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具備相應的指令系統。JVM屏蔽了與具體操做系統平臺相關的信息，使得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。html
通常狀況下咱們不須要知道虛擬機的運行原理，只要專一寫java代碼就能夠了，這也正是虛擬機之因此存在的緣由--屏蔽底層操做系統平臺的不一樣而且減小基於原生語言開發的複雜性，使java這門語言可以跨各類平臺（只要虛擬機廠商在特定平臺上實現了虛擬機），而且簡單易用。java
JVM是Java程序運行的環境,同時是一個操做系統的一個應用程序進程,所以它有本身的生命週期,也有本身的代碼和數據空間.程序員
JVM體系主要是兩個JVM的內部體系結構分爲三個子系統和兩大組件，分別是：類裝載器（ClassLoader）子系統、執行引擎子系統和GC子系統，組件是內存運行數據區域和本地接口。算法
從進程的角度解釋JVM
讓咱們嘗試從操做系統的層面來理解虛擬機。咱們知道，虛擬機是運行在操做系統之中的，那麼什麼東西才能在操做系統中運行呢？固然是進程，由於進程是操做系統中的執行單位。能夠這樣理解，當它在運行的時候，它就是一個操做系統中的進程實例，當它沒有在運行時（做爲可執行文件存放於文件系統中），能夠把它叫作程序。數據結構
對命令行比較熟悉的同窗，都知道其實一個命令對應一個可執行的二進制文件，當敲下這個命令而且回車後，就會建立一個進程，加載對應的可執行文件到進程的地址空間中，而且執行其中的指令。下面對比C語言和Java語言的HelloWorld程序來講明問題。多線程
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
printf("hello world\n");
return 0;
}
編譯C語言版的HelloWorld程序
gcc HelloWorld.c -o HelloWorld
運行C語言版的HelloWorld程序
./HelloWorld
gcc編譯器編譯後的文件直接就是可被操做系統識別的二進制可執行文件，當咱們在命令行中敲下 ./HelloWorld這條命令的時候， 直接建立一個進程， 而且將可執行文件加載到進程的地址空間中， 執行文件中的指令。
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("HelloWorld");
}
}
編譯Java版的HelloWorld程序
javac HelloWorld.java
運行Java版的HelloWorld程序
java -classpath . HelloWorld
咱們在運行Java版的HelloWorld程序的時候， 敲入的命令並非 ./HelloWorld.class 。 由於class文件並非能夠直接被操做系統識別的二進制可執行文件 。
咱們敲入的是java這個命令。 這個命令說明， 咱們首先啓動的是一個叫作java的程序， 這個java程序在運行起來以後就是一個JVM進程實例。
上面的命令執行流程是這樣的：架構
java命令首先啓動虛擬機進程，虛擬機進程成功啓動後，讀取參數「HelloWorld」，把他做爲初始類加載到內存，對這個類進行初始化和動態連接，而後從這個類的main方法開始執行。也就是說咱們的.class文件不是直接被系統加載後直接在cpu上執行的，而是被一個叫作虛擬機的進程託管的。首先必須虛擬機進程啓動就緒，而後由虛擬機中的類加載器加載必要的class文件，包括jdk中的基礎類（如String和Object等），而後由虛擬機進程解釋class字節碼指令，把這些字節碼指令翻譯成本機cpu可以識別的指令，才能在cpu上運行。 從這個層面上來看，在執行一個所謂的java程序的時候，真真正正在執行的是一個叫作Java虛擬機的進程，而不是咱們寫的一個個的class文件。這個叫作虛擬機的進程處理一些底層的操做，好比內存的分配和釋放等等。咱們編寫的class文件只是虛擬機進程執行時須要的「原料」。這些「原料」在運行時被加載到虛擬機中，被虛擬機解釋執行，以控制虛擬機實現咱們java代碼中所定義的一些相對高層的操做，好比建立一個文件等，能夠將class文件中的信息看作對虛擬機的控制信息，也就是一種虛擬指令。post
虛擬機的三個主要功能系統
類加載器子系統：網站
這個子系統用來在運行時根據須要加載類。在Java虛擬機執行過程當中，只有他須要一個類的時候，纔會調用類加載器來加載這個類，並不會在開始運行時加載全部的類。就像一我的，只有餓的時候纔去吃飯，而不是一次把一年的飯都吃到肚子裏。通常來講，虛擬機加載類的時機，在第一次使用一個新的類的時候。spa
執行引擎子系統：
由虛擬機加載的類，被加載到Java虛擬機內存中以後，虛擬機會讀取並執行它裏面存在的字節碼指令。虛擬機中執行字節碼指令的部分叫作執行引擎。
垃圾收集子系統：
Java虛擬機會進行自動內存管理。具體說來就是自動釋放沒有用的對象，而不須要程序員編寫代碼來釋放分配的內存。這部分工做由垃圾收集子系統負責。
虛擬機的內存結構
虛擬機的運行，必須加載class文件，而且執行class文件中的字節碼指令。它作這麼多事情，必須須要本身的空間。
加載的字節碼，須要一個單獨的內存空間來存放；
線程的執行，也須要內存空間來維護方法的調用關係；
存放方法中的數據和中間計算結果；
建立對象，建立的對象須要一個專門的內存空間來存放。
一、程序計數器：（線程私有）
每一個線程擁有一個程序計數器，在線程建立時建立，
指向下一條指令的地址
執行本地方法時，其值爲undefined
說的通俗一點，咱們知道，Java是支持多線程的，程序先去執行A線程，執行到一半，而後就去執行B線程，而後又跑回來接着執行A線程，那程序是怎麼記住A線程已經執行到哪裏了呢？這就須要程序計數器了。所以，爲了線程切換後可以恢復到正確的執行位置，每條線程都有一個獨立的程序計數器，這塊兒屬於「線程私有」的內存。
二、Java虛擬機棧：（線程私有）
每一個方法被調用的時候都會建立一個棧幀，用於存儲局部變量表、操做棧、動態連接、方法出口等信息。局部變量表存放的是：編譯期可知的基本數據類型、對象引用類型。
每一個方法被調用直到執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機中從入棧到出棧的過程。
在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：
（1）若是線程請求的棧深度太深，超出了虛擬機所容許的深度，就會出現StackOverFlowError（好比無限遞歸。由於每一層棧幀都佔用必定空間，而 Xss 規定了棧的最大空間，超出這個值就會報錯）
（2）虛擬機棧能夠動態擴展，若是擴展到沒法申請足夠的內存空間，會出現OOM
三、本地方法棧：
（1）本地方法棧與java虛擬機棧做用很是相似，其區別是：java虛擬機棧是爲虛擬機執行java方法服務的，而本地方法棧則爲虛擬機執使用到的Native方法服務。
（2）Java虛擬機沒有對本地方法棧的使用和數據結構作強制規定，Sun HotSpot虛擬機就把java虛擬機棧和本地方法棧合二爲一。
（3）本地方法棧也會拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。
四、Java堆：即堆內存（線程共享）
（1）堆是java虛擬機所管理的內存區域中最大的一塊，java堆是被全部線程共享的內存區域，在java虛擬機啓動時建立，堆內存的惟一目的就是存放對象實例幾乎全部的對象實例都在堆內存分配。
（2）堆是GC管理的主要區域，從垃圾回收的角度看，因爲如今的垃圾收集器都是採用的分代收集算法，所以java堆還能夠初步細分爲新生代和老年代。
（3）Java虛擬機規定，堆能夠處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上連續的便可。在實現上既能夠是固定的，也能夠是可動態擴展的。若是在堆內存沒有完成實例分配，而且堆大小也沒法擴展，就會拋出OutOfMemoryError異常。
五、方法區：（線程共享）
（1）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等數據。
（2）Sun HotSpot虛擬機把方法區叫作永久代（Permanent Generation），方法區中最重要的部分是運行時常量池。
六、運行時常量池：
（1）運行時常量池是方法區的一部分，天然受到方法區內存的限制，當常量池沒法再申請到內存時就會拋出OutOfMemoryError異常。
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