java虛擬機入門-jvm基礎

    轉行學java以前，老是聽着大佬們說着java像個渣男同樣能夠跨平臺，一次編譯處處運行，瞬間，我就堅決了學java的信念，哎呀媽呀，得勁。真的學java以後，好像渣男也不是那麼好學的，尤爲這貨的必殺技，各操做系統（年齡段）通殺太難了，這可激起了個人小暴脾氣，還有能難倒小灝哥的，終於在我兢兢業業的努力下，發現了一個道理，還真有。隨着慢慢攻克，看書，看享學老師的視頻課，也瞭解了些皮毛，寫出來當作個筆記吧。

    學習的第一步，就是去oracle官網下載，下載完打開發現有倆目錄jdk和jre，這就尷尬了，我要學的不是jvm虛擬機嗎，我要學的不是他那到處可留情的必殺技嗎，咋越整越多了，這三個東西困擾了我好久，背過，半個月就忘，這可咋整，我但是要當海賊王的男人，怎麼能被區區jvm，jdk，jre難倒呢，耳邊響起了某位大佬的二字真言：理解。背是行不通了，再花點時間鑽研鑽研吧。先百度瞅瞅：

    jvm：Java Virtual Machine（java虛擬機）

    jre：Java Runtime Environment（java運行環境）

    jdk：java development kit （java開發工具包）

    仍是沒太搞懂是啥，先看一下java下載下來的jdk和jre有啥吧，先打開jdk，

 

 

裏面有一些目錄和文件，其中一個好像很熟悉的樣子-----jre，咦，這個不是在外層目錄嗎，難道他會瞬移，退回上級目錄：

 

 還好，他還在，點開兩個jre：

 

   基本上是同樣的，我就猜這jdk是否是就是包含jre的呢，否則這oracle官網下載下來的東西，還能有問題？

    這時候，大牛們就該讀源碼了，而我則繼續百度，發現了一張圖：

 

 這張圖應該是比較全面了，咱們一般說的jdk是包含jre的，而一般說的jre是包含jvm的，jvm運行在os操做系統之上，而像一些開發工具，則是在這jdk基礎之上，作了更多的完善，讓咱們更方便的去開發代碼。

瞭解了他們的關係以後，再逐一瞭解他們的功能：

    你們應該都知道，jvm是個渣男，他可不僅是java的jvm，不少語言均可以在jvm上運行，只要你能夠編譯成class文件，我均可以任你在個人肉體上運行，它的最大功能也就是解釋執行class文件。

    jre比起jvm來講，稍微收斂一點，他包含了運行class文件須要的類庫，他雖然也渣，可是好歹是知道老婆仍是java，只不過背地裏在什麼系統上鬼混就說不許了。

    jdk對於java開發來講，最直接面對的，也是最熟悉的，jdk包含了jre，是咱們開發用的，其實沒有jdk也能運行程序了，可是做爲一個開發，沒有jdk，你寫的代碼不能編譯成class也沒用。

咱們如今也算是知道這三個渣男有啥關係，分別有啥用，對於學習java虛擬機來講，也算是打過招呼了，那麼接下來，就先深刻了解一下jvm的內存是怎麼劃分的：

     線程私有區域：本地方法站，虛擬機棧，程序計數器

     線程共享區域：方法區，堆，運行時常量池

 

    直觀點的能夠看下上面的內存區域圖，細心點的會發現，這個圖比我上面寫的多了一個叫直接內存的灰色地帶，他但是不被外界認可的備胎，他不屬於運行時數據區，可是卻又常常會用到他，備胎功底雄厚，後面介紹完了這些正牌，也介紹一下他。

虛擬機棧：

    首先來聊一下虛擬機棧，你們都知道，棧的數據結構是先進後出，每一個線程都會有本身的一塊虛擬機棧，虛擬機棧裏面是一個個的棧幀，在每次方法調用時，就會建立一個棧幀並將對應的棧幀壓棧，方法執行完出棧，就這樣跟着方法調用的節奏頻繁的一進一出，在設計的時候，也是考慮了方法調用的模型。

 

    棧幀裏面主要包含局部變量表，操做數棧，動態鏈接和返回地址：

    局部變量表： 用來存放八大基本類型和局部變量對象引用的地方，咱們在方法執行的時候，傳參、定義的局部變量都會存放到這裏，供計算時，操做數棧存取，它是一個32位的長度，通常的32位也能夠放的下，放不下的，佔64位的高低位存放。

    操做數棧：在執行計算操做時，會從局部變量表裏面獲取數據(可使任意java數據類型)放到操做數棧，而後計算完成再從操做數棧移除，並存入局部變量表。

    動態鏈接：這貨有點牛，java從入門到放棄都知道這個-->多態，後面聊動態分派時會詳細聊到。

    返回地址：正常調用程序計數器的返回地址做爲返回，具體操做：

                              1.恢復局部變量表和操做數棧

                              2.返回值壓入調用者操做數棧

                              3.調整程序計數器指向下一個命令處

   其實這一塊理解不夠透徹的能夠想象一下方法的調用，好比我在一個方法裏面調用另外一個方法，我在方法調用完成出來以前首先要將這個棧幀的數據清掉，返回值天然是外層方法要用到的了，而後呢，就要調用下一步了，天然要調整程序計數器的指向。

   異常返回經過異常處理器表來肯定。

 

程序計數器：

    上面說了，程序計數器是線程私有的，他是記錄了當前線程執行的字節碼行號地址，因爲 Java 是多線程語言，當執行的線程數量超過 CPU 核數時，線程之間會根據時間片輪詢爭奪 CPU 資源。若是一個線程的時間片用完了，或者是其它緣由致使這個線程的 CPU 資源被提早搶奪，那麼這個退出的線程就須要單獨的一個程序計數器，來記錄下一條運行的指令，若是沒有程序計數器的保證，線程沒法保證當前程序順序執行。

    相比於普通方法，native方法是特殊的，他的執行是否是jvm具體管理的，因此jvm的程序計數器在執行native方法的時候，一直保持爲空，它的調用是操做系統層面的程序計數器來記錄的。

 

 本地方法棧：

      跟虛擬機棧沒啥區別，虛擬機棧執行普通方法，本地方法棧執行native方法

        上面介紹完了線程私有的jvm內存區域劃分，其實對於線程私有的對於天生多線程的java，是否也是一個天生線程安全的方式呢，由jvm自行處理，又不用加鎖就能夠實現線程安全，我以爲也是咱們在設計線程安全須要考慮的方向吧。

        接下來開始介紹線程共享的，首先來介紹方法區：

方法區：

       方法區是線程共享的，他主要存儲類的結構信息，運行時常量池（1.8之後放到堆裏面了，但其實他的定位應該仍是屬於方法區的範疇），構造函數，方法數據等，總的來講其實就是存放初始化時須要用到的數據。

        方法區和永久代以及元空間是很容易搞混的，尤爲是永久代和方法區，其實方法區至關因而jvm對內存的邏輯劃分，而永久代和元空間是jdk1.7之前和jdk1.81之後分別對方法區的不一樣實現，咱們之前用過jdk1.6版本，公司很摳門，都是2G的內存，使用默認的配置常常會出現 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen異常，相信這個異常不少人都很熟悉，其實這個就是永久代內存溢出，而如今，咱們通常都用16g內存，並且jdk1.8以後的元空間不設置參數只受本機內存的限制，想要體驗一下的同窗能夠在vm參數加上-XX:MaxMetaspaceSize=1M，就能很快看到OutOfMemoryError: Metaspace，可見二者實現仍是不同的。

        看到這裏，oracle官方爲啥要將永久代棄掉而改用元空間呢，首先按官方來講，是爲了融合HotSpot和JRockit,由於JRockit沒有永久代，其次的話，永久代必需要配置分配空間，而過小很容易內存溢出，太大又太佔空間，爲其分配多少內存很難肯定（永久代的大小依賴因素太多，如常量池大小，方法的大小，class等）永久代在每次FullGc均可能唄回收，而回收率很低，而元空間存儲在本地內存，不須要考慮這麼多。

 

運行時常量池：

        運行時常量池就是用來將class常量池的符號引用轉爲直接引用，具體後面分析常量池會細講。

堆：

      堆是jvm上最大的一塊區域，也是咱們後面聊到的垃圾回收器GC主要光顧的地方，由於咱們幾乎全部的對象（幾乎是由於會存在棧上分配以及八大基本對象等，但這些畢竟是小部分），堆給人的感受就是個沙盤，承載了那麼多的對象就像是一個個沙兵，而這些對象的引用就像是一根根鏈接沙兵的線都放在棧上（結合上面說的其實就是放到局部變量表裏，這時候就有問題了，局部變量表是線程私有的，那咱們常說的線程安全還須要考慮嗎，其實就是由於這邊存放的是引用，別的線程也拿到一個引用指向這個對象，那還不是隨便改），棧就像是個軍師同樣，在沙盤上指點着幹掉這個引用，垃圾回收器回收的時候就會把這些對象給幹掉（固然不止這麼簡單，垃圾回收後面也會細講）。

 

直接內存：

        直接內存又叫堆外內存，jvm運行時會首先申請一塊塊內存，分配給堆、棧、方法區等，而jvm沒有申請的內存，就是直接內存，其實就是jvm管不到的地方，很神奇哈，jvm管不到的地方，爲啥要了解呢，由於隨着java生態的發展，咱們不只僅要用好申請的資源，沒申請的有機會也要用好，提高資源的利用率，好比說使用NIO的話，就會頻繁用到這一塊，能夠用java的directByteBuffer 對象操做，也能夠用-XX:MaxDirectMemorySize來設置它的大小。

 

    這一篇簡單介紹了一下jvm的輪廓，相信看完以後，對jvm大致上有一個全面的瞭解了吧，jvm是是比較基礎的知識，枯燥無味，不少東西看不見，摸不着，平時可能還用不到，但學好java，仍是必需要有這方面的基礎的，但願看到我文章的有緣人一塊兒學習，共同進步吧。