JVM基础和Java内存区域
- JVM基础
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- 什么是JVM
- JVM、JRE、JDK的关系与java程序的运行过程
- JVM的知识体系
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- Java内存区域
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- 运行时数据区域
- JAVA 方法的运行与虚拟机栈
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- JAVA 方法的运行
- 虚拟机栈
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- 栈帧执行对内存区域的影响
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JVM基础
什么是JVM
JVM就相当于一个虚拟化的操作系统：
比如我们的windows、linux系统都是由CPU + 缓存 + 内存，而JVM是由执行引擎 + 操作数栈 + 栈、堆组成。
如下图：
JVM、JRE、JDK的关系与java程序的运行过程
JVM的功能是将class文件翻译成机器可以识别的代码，但是它并不能自己生成代码，所以就需要我们来编写代码，同时也需要很多的依赖类库，所以这个时候就需要用的JRE；
JRE除了包含了JVM之外，还包含了许多基础类库（就是我们的Jar包），比如说I/O、网络、线程等，这些类库就组成了java的运行时环境；
对于我们程序员来说，只有JRE是不够的，因为我们在编写完代码后，我们需要调试、打包，甚至是对代码进行反编译操作，那么这个时候我们就需要用到JDK了，JDK中包含了许多实用的小工具，就比如说avac（编译代码）、java、jar （打包代码）、javap（反编译<反汇编>）等，这些都是我们常用到的小工具。
所以就是JDK中包含JRE，JRE中包含了JVM。
那一个java文件在JDK、JRE、JVM中具体是怎么执行的呢？
1.使用JDK中的javac编译工具将.java文件编译成.class文件。
2.class文件及JRE中的类库同时进入JVM中的ClassLoader类加载器加载到内存中。
3.然后再经过字节码解释器或者JIT解释器编译为具体平台的机器码。
4.最后由执行引擎去调用物理机上面的硬件。
如下图
JVM的知识体系
包含内存结构、性能调优、JVM自身优化技术、执行引擎、监控工具、类文件结构、类加载、垃圾回收这几个模块，但是内存结构占据C为，因为这几个模块都无法脱离内存结构。
如下图
Java内存区域
运行时数据区域
定义：Java虚拟机在执行java程序的时候，会将它管理的内存划分为若干个数据区域
类型：分为线程共享区和线程私有区
线程共享区：所有线程都可使用，且只有一份
线程私有区：每一个线程都有单独属于自己的内存区域
在JVM中，主要内存主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈
直接内存：直接内存就是没有被虚拟机化的操作系统上的其他内存，所以直接内存不属于运行时数据区的一部分，但是会被频繁使用，就好比，我们的系统有8个G的内存，其中有3个G被JVM虚化了，所以还剩下5个G，而这5个G的内存是由JVM借助了一些工具来使用的，这个内存部分称之为直接内存。
如下图
JAVA 方法的运行与虚拟机栈
JAVA 方法的运行
虚拟机栈是线程运行 java 方法所需的数据，指令、返回地址。
在我们实际的代码中一个线程是可以运行多个方法的。
如下图
只是一段很简单的代码，就是起一个 main 方法，在 main 方法运行中调用 A 方法，A 方法中调用 B 方法，B 方法中运行 C 方法，我们把代码跑起来，线程 1 来运行这段代码， 线程 1 跑起来，就会有一个对应 的虚拟机栈，同时在执行每个方法的时候都会打包成一个栈帧。 比如 main 开始运行，打包一个栈帧送入到虚拟机栈。
运行结果如下图
C 方法运行完了，C 方法出栈，接着 B 方法运行完了，B 方法出栈、接着 A 方法运行完了，A 方法出栈，最后 main 方法运行完了，main 方法这个栈帧就 出栈了。 这个就是 Java 方法运行对虚拟机栈的一个影响。虚拟机栈就是用来存储线程运行方法中的数据的。而每一个方法对应一个栈帧。
虚拟机栈
栈的数据结构：先进后出(FILO)的数据结构， 虚拟机栈的作用：在 JVM 运行过程中存储当前线程运行方法所需的数据，指令、返回地址。 虚拟机栈是基于线程的：哪怕你只有一个 main() 方法，也是以线程的方式运行的。在线程的生命周期中，参与计算的数据会频繁地入栈和出栈，栈的生 命周期是和线程一样的。 虚拟机栈的大小缺省为 1M，可用参数 –Xss 调整大小，例如-Xss256k。
参数官方文档（JDK1.8）：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
栈帧：在每个 Java 方法被调用的时候，都会创建一个栈帧，并入栈。一旦方法完成相应的调用，则出栈。
栈帧大体都包含四个区域：(局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址)
1、 局部变量表: 顾名思义就是局部变量的表，用于存放我们的局部变量的（方法中的变量）。首先它是一个 32 位的长度，主要存放我们的 Java 的八大基础数据类 型，一般 32 位就可以存放下，如果是 64 位的就使用高低位占用两个也可以存放下，如果是局部的一些对象，比如我们的 Object 对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。
2、 操作数据栈： 存放 java 方法执行的操作数的，它就是一个栈，先进后出的栈结构，操作数栈，就是用来操作的，操作的的元素可以是任意的 java 数据类型，所 以我们知道一个方法刚刚开始的时候，这个方法的操作数栈就是空的。 操作数栈本质上是 JVM 执行引擎的一个工作区，也就是方法在执行，才会对操作数栈进行操作，如果代码不不执行，操作数栈其实就是空的。
3、 动态连接: Java 语言特性多态（后续章节细讲，需要结合 class 与执行引擎一起来讲）。
4、 返回地址: 正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）、异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）
同时，虚拟机栈这个内存也不是无限大，它有大小限制，默认情况下是 1M。 如果我们不断的往虚拟机栈中入栈帧，但是就是不出栈的话，那么这个虚拟机栈就会爆掉。
如下图
这就是因为无限制的递归调用导致堆栈空间用尽，
并抛出Exception in thread “main” java.lang.StackOverflowError异常
程序计数器
较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器；各线程之间独立存储，互不影响。
程序计数器是一块很小的内存空间，主要用来记录各个线程执行的字节码的地址，例如，分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于计数器。 由于 Java 是多线程语言，当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其
它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令。
因为 JVM 是虚拟机，内部有完整的指令与执行的一套流程，所以在运行 Java 方法的时候需要使用程序计数器（记录字节码执行的地址或行号），如果 是遇到本地方法（native 方法），这个方法不是 JVM 来具体执行，所以程序计数器不需要记录了，这个是因为在操作系统层面也有一个程序计数器，这个 会记录本地代码的执行的地址，所以在执行 native 方法时，JVM 中程序计数器的值为空(Undefined)。
另外程序计数器也是 JVM 中唯一不会 OOM(OutOfMemory)的内存区域。
如下图
栈帧执行对内存区域的影响
在 JVM 中，基于解释执行的这种方式是基于栈的引擎，这个说的栈，就是操作数栈。
iconst：将一个常量加载到操作数栈
istore：将一个数值从操作数栈存储到局部变量表
iload：将一个局部变量加载到操作栈
iadd：加法指令
bipush：将一个常量加载到操作数栈
imul：乘法指令
ireturn：返回
对 class 进行反汇编 javap –c XXXX.class 字节码助记码解释地址：https://cloud.tencent.com/developer/article/1333540
转发于：
http://www.luckyiday.com/detail?id=818626639285063680