瞭解java虛擬機---JVM的基本結構（1）

1. JVM的基本結構

1.1. 類加載子系統
類加載子系統負責從文件或者網絡中加載Class信息，加載的類信息存放於方法區的內存空間。方法區中可能還會存放運行時常量信息，包括字符串與數字常量。（這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內存映射）。

1.2. JAVA堆
JAVA的堆在JVM啓動的時候創建，幾乎全部的Java對象實例都存放於Java堆中。堆空間是全部線程共享的。根據垃圾回收機制的不一樣，JAVA堆有可能擁有不一樣的結構。最爲常見的一種結構是將整個堆分爲新生代和老年代以及持久代。

1. 對象的分配

對象首先分配在eden區，在一次Young GC後，若是對象還存活則會進入S0(from)或者S1(to).以後每次Young GC後若是對象存活，它的年齡就會加1，當對象年齡達到必定條件後，就會被認定爲是老年對象，從而進入老年代。

package com.hl.heap;

public class SimleHeap {

public int id;

public SimleHeap(int id) {
    this.id = id;
}

public void show(){
    System.out.println("My ID is " + id);
}

public static void main(String[] args) {
    SimleHeap s1 = new SimleHeap(1);
    SimleHeap s2 = new SimleHeap(2);
    s1.show();
    s2.show();
}

}

SimpleHeap類的信息存放在方法區，主函數中的s1和s2存放在JAVA棧中，而且指向堆中的兩個實例。

1.3. 直接內存
JAVA的NIO容許java程序使用直接內存，直接內存是在JAVA堆外的，直接向系統申請的內存空間。一般訪問直接內存的速度要優於JAVA堆，直接內存適用於頻繁讀寫的場景，直接內存在JAVA堆外，所以它的大小不會直接受限於Xmx指定的最大堆大小的限制，可是JAVA堆和直接內存依然受限於系統的最大內存。

1.4. 垃圾回收系統
垃圾回收器可對方法區、JAVA堆和直接內存進行回收。

1.5. JAVA棧
每一個JVM線程都有一個私有的JAVA棧，JAVA棧在線程建立的時候建立。JAVA棧中保存着局部變量、方法參數、同時和JAVA方法的調用、返回密切相關。

1.5.1 函數調用-出入JAVA棧
棧是線程私有的內存空間，線程執行的基本行爲是函數調用，每次函數調用的數據都是經過JAVA棧傳遞的。JAVA棧是一塊先進後出的數據結構，只支持出棧入棧兩種操做。在JAVA棧中保存的主要內容爲棧幀。每一次函數調用，都會有一個對應的棧幀被壓入JAVA棧，每個函數調用結束，都會有一個棧幀被彈出JAVA棧。JAVA方法有兩種返回函數的方式，一種是正常的return，一個是拋出異常，無論哪一種方式，都會致使棧被彈出。在一個棧中，至少要包含局部變量表、操做數棧和幀數據區幾個部分。JVM提供了-Xss指定線程棧的最大空間，這個參數決定了函數調用的最大深度。

JAVA棧的結構

1.5.1.1 局部變量表
它用於保存函數的參數以及局部變量，局部變量表中的變量只在當前函數調用中有效，當函數調用結束後，隨着函數棧幀的銷燬，局部變量表也會隨之銷燬。因爲局部變量表在棧幀中，若是函數的參數與局部變量較多，會使得局部變量表膨脹，從而每一次函數調用就會佔用更多的棧空間，最終致使函數的嵌套調用次數減小。

1.5.1.2 操做數棧
主要用於保存計算過程當中的中間結果，同時做爲計算過程當中變量的臨時存儲空間。操做數棧也是一個先進後出的數據結構，只支持入棧和出棧兩種操做。

1.5.1.3 幀數據區
幀數據區中保存着返回常量池的指針，方便程序訪問常量池。當函數返回或者出現異常時，虛擬機必須恢復調用者函數的棧幀，並讓調用者函數繼續執行下去，虛擬機必須有一個異常處理表，方便在發生異常時找處處理異常的代碼，所以異常處理表也是幀數據區中重要的一部分。

1.5.1.4 棧上分配
是JVM優化的一項技術，對於哪些線程的私有對象，能夠將它們打散分配在棧上，而不是分配在堆上。當函數調用結束後能夠自行銷燬，不須要GC介入，從而提升系統性能。

1.6. 方法區
和JAVA堆同樣，方法區是一塊全部線程共享的內存區域。它用於保存系統的類信息，好比類的字段、方法、常量池等，方法區的大小決定了系統能夠保存多少個類。在JDK1.7中方法區能夠理解爲永久區在JDK1.8中永久區被完全移除，取而代之的是元數據區，元數據區是一塊堆外的內存，與持久區不一樣的是，若是不指定元數據區大小，虛擬機會消耗系統內存，直到耗盡爲止。

1.7. 本地方法棧
本地方法棧和java棧很是相似，最大的不一樣在於java棧用於java方法的調用，而本地方法棧則用於調用本地方法（dll,so）。

1.8. PC(Program Counter)寄存器
也是每一個線程私有空間，Java虛擬機會爲每一個Java線程建立PC寄存器。在任意時刻，一個Java線程老是在執行一個方法，這個正在被執行的方法稱爲當前方法。若是當前方法不是本地方法，PC寄存器就會指向當前正在被執行的指令。若是當前方法是本地方法，那麼PC寄存器的值就是undefined。

1.9. 執行引擎負責執行虛擬機的字節碼