这是一篇你能看懂 Java JVM 文章

(本文参考深刻理解JAVA虚拟机第二版第2章)
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1、认识Java环境

在讲 JVM 以前，先讲讲 JDK、JRE和 JVM 的关系，以下面这张图(图片来自百度图片)：

能够看到他们的包含关系是 JDK>JRE>JVM

• JDK：jdk是支持 JAVA程序开发的最小环境，集成了JRE和一些工具包，如 javac，jar等；好比一个可运行jar，你就须要安装了jdk，才能运行起来
• JRE：是Java运行时的标准环境，除了JVM的环境还有一些基本的JAVA库，好比界面的 swing、I/O等

JVM：熟称Java虚拟机，也叫运行时数据区域，是保证跨平台的基本，由于 jvm 只认识字节码，只要linux、window、mac 有jvm 都是能够编译执行的；固然它还有一个

而这里，咱们就须要讲解 JVM 这个 运行时数据区域的分布了，以下图(图片来自百度图片，稍微修改了一点)：

上面解释了一个java程序是怎么运行的，其中 内存空间这里，就是 JVM 了；

• 线程共享区：即程序运行时，数据在各个线程之间是共享的，好比某个方法，某个类，还有一些运行时常量
• 线程私有区：各个线程之间的数据是独立的，好比多线程的数据

为了方便解释，这里的顺序不会像上图那里的顺序来；

2、线程私有区

2.一、程序计算器

首先先了解程序计算器，线程(UI线程)中程序语句的执行都离不开它，对它的解释以下：

1. 是一块较小的内存存于，能够看作当前线程执行字节码时的行号指示器
2. 程序的运行，好比跳转、循环等指令，就是经过改变计算器的数值，来选取下一条须要执行的字节码指令
3. 多线程时，每一个线程的程序计算器都是独立的，相互不干扰，独立储存；即记录每次线程的位置，方便下次线程切换过来，知道上次线程的运行到哪了

2.2 虚拟机栈

结合方法去中的一些变量和常量去理解会比较好
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虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期相同；它对应着线程的内存模式，每一个方法在执行的时候，都有一个栈帧用于存储局部表，操做数栈、动态连接、方法出口等信息；每一个方法的执行，都对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈，以下图(网上找的,当时保留的，具体哪位的有点忘了，看到能够联系我)

局部变量表：

• 存储了编译器存放着各类基本数据类型(boolean、byte、char等)
• 对象引用类型，这里的对象不是对象自己，多是对象的寻址指针，也多是句柄或者相关位置
• returnAddress 类型，指向了一条字节码指令的地址

当进入一个方法时，这些变量在帧中分配的内存大小时固定的，在运行时不会改变局部变量表的大小。针对这个区域，规定了两种异常状况

• 若是虚拟机不支持动态扩展，当线程请求的栈大小大于虚拟机规定的大小时，抛出 StackOverflowError
• 若是虚拟机栈能够动态扩展，若是扩展时，没法申请到足够的内存，抛出 OutOfMemoryError

操做数栈：

操做数栈，也能够称作操做栈，它能够是 Java 的任意类型，在数据提取时入栈和出栈，好比 int a = 1 + 2;在把1,2入到这个操做的栈的时候，也会把1,2提取出来，再分配给 a； 动态链接：

能够这样理解，好比线程中的一个A方法，在类加载的时候，它只是一个符号引用，在运行期间，转换为直接引用，这种称为动态链接，关于符号引用，后面会说道。 方法出口： 其实就是返回地址，当方法执行完毕或者手动退出时，就出栈了，用来记录一些信息，好比恢复局部变量等信息

2.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的做用很是类似；只不过虚拟机栈执行的是 java 的字节码服务，而本地方法栈执行的是 Native 方法服务； 本地方法栈一样会穿件栈帧，如局部变量表、操做栈等信息，同时也有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常

3、线程共享区

3.1 Java 堆：

是Java虚拟机锁管理的内存中最大的一块，在虚拟机启动建立时，此内存区域的惟一目的就是存放对象实例，几乎全部的对象实例都是在这分配内存的； Java 堆是内存回收的主要区域，也叫 GC 堆；根据规定，Java堆的物理地址能够是不连续的，只要保证逻辑上是连续的便可。因为Java 堆基本采用分代手机算法，因此也能够分为：新生代和老年代；再细致分，也能够分为 Eden空间，From Survivor 空间、To Surivivor 空间等涉及到的GC回收算法，后面再开章节介绍。

3.2 方法堆

方法堆也是线程共享的一个区域块，它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区规定为 Java 堆的一个逻辑模块，但它还有一个方法，叫 Non-Heap (非堆) ，目的就是为了和 Java堆区分开来

3.2.1 运行时常量池

运行时常量池，其实算方法区的一部分。Class文件中除了有 类的版本、字段、方法、接口等信息外；还有一项信息就是常量池，用于存放编译期生成的字面量和字符引用，以下图： (图片来源 blog.csdn.net/wangbiao007…)

4、直接内存

在JDK1.4中，新增长了一个 NIO（New Inout/Outinput）类，引入了一种基于通道(channel)与缓冲区（buffer）的I/O方式，它可使用 Native 函数库直接分配堆外内存，而后经过一个存储在Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象做为这块内存的引用进行操做。这样在一些场景中可以显著提高技能，避免了数据再 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，常见的通道类型有：

• FileChannel：从文件中读写数据
• DatagramChannel：从UDP中读写数据
• SocketChannel：从TCP中读写数据
• ServerSocketChannel：用来监听 websocket 的链接

具体案例能够查找NIO的具体案例 直接内存，不是虚拟机运行时内存区的一部分，也不是Java规范中定义的内存区域。但既然是内存，若是 超过了 RAM 和 SWAP 寻址空间限制，仍是会报OutOfMemoryError的。

5、HotSpot 虚拟机对象探秘

上面了解了 JVM 的一些知识以后，那么一个对象的建立是怎么样的呢？对象的建立，能够分为如下几个步骤

类加载

当虚拟机遇到一个 new 指令的时候，会先去检测这个指令的参数是否能定位到这个类的符号引用，并检查这个类是否被加载、解释或初始化过。若是没有，则执行类加载 (后面新开一章解释)

内存分配

在类加载经过以后，虚拟机将为新生对象分配内存，对象所需内存的大小在类加载完成后即可彻底肯定，至关于从Java堆中抽取一块内存出来；而根据内存的是否绝对规整，分为 指针碰撞 和 空闲列表 两种分配方式：

• 指针碰撞：假设Java堆中的内存只绝对规整的，分为空闲和非空闲两种，中间用一个指针当作划分界限的指示器；当一个新对象须要分配对象时，至关于把指针向空闲区域移动一段与对象大小相等的距离
• 空闲列表：假设Java堆的内存不是绝对规整的，空闲和非空闲是相互交错的，那就须要一个列表，用来记录哪些内存块是能够用的，在对象分配内存时，划分一块大小相等的区域给对象，并更新这个列表

从上面的解释看，用哪一种分配方式，是经过Java堆的内存块是否绝对规整决定的。

内存分配

但对象的建立是频繁的，在并发的状况，多线程不必定是安全的，即存在A对象在分配内存，指针还将来得及修改，B对象也同时使用了原来的指针来分配对象。因此又衍生了两种解决办法，CAS+失败重试 和 TLAB两种方式

• CAS+失败重试：虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操做的原子性 (关于CAS锁，是乐观锁的一种实现，解释起来也比较麻烦，能够参考这里：www.cnblogs.com/javalyy/p/8…)
• TLAB：本地线程分配缓冲，把内存分配的动做按照线程分配划分在不一样的空间中进行，即每一个线程在Java堆中预先分配一小块内存，哪一个线程须要须要分配，先在 TLAB 中分配，用完了并从新分配新的TLAB时，才须要同步锁定。

初始值为零

在内存分配完成以后，虚拟机须要将分配到的内存空间初始化为零值 (除对象头外)，这一步操做也保证了对象的实例字段在java代码中能够不赋初始值就可使用，由于程序能访问这些字段的数据类型所对应的零值。

设置对象头

初始值设置以后，怎么知道对象是哪一个类的实例，如何才能找到类的元数据信息、哈希码、GC分代年龄等信息呢？这就须要对对象头进行一些必要的设置，才能定位到，详细在5.2节介绍。

入栈，执行init指令：

从虚拟机来看，对象已经分配产生完成了，且入栈了；但 Java 程序来看，这才刚开始，因此，new 以后，则执行 init 方法，进行初始化。

5.2 对象的内存分布

上面讲解了对象在 虚拟机的分配以后，再扩展一下，对象在内存中是怎么分配的呢，对象在内存中的存储布局可分为 3个部分：

对象头

其中，对象头能够再细分为两部分：

• 存储对象自身的运行时数据：如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的、偏向线程ID等信息
• 类型指针：即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机经过这个来肯定这个对象是哪一个类的实例

实例数据

是对象真正储存的有效信息，好比程序中定义的各类类型的字段内容，不管父类和子类都会记录下来；在分配时，相同宽度的字段会被分配到一块儿，这也是父类定义的变量会出如今子类以前的缘由。

对齐填充

没啥实际意义，只是为了保证对象是8字节的整数倍，没对齐时，用来补全而已。

5.3 对象的访问定位

创建对象是为了使用对象，Java 程序须要经过栈上的 reference 数据来操做堆上的具体对象；但这些访问方式取决于虚拟机实现而定，目前主流有句柄和直接指针两种:

• 句柄：从Java 堆中划分出一块内存用来做为句柄池，reference 中存储的就是对象的句柄地址，而句柄包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息，以下图(图片来自Java虚拟机第三版)

  

• 直接指针在直接指针中，reference 储存的就是对象地址，因此，须要考虑的是如何防止访问类型数据的相关信息(图片来自Java虚拟机第三版)

  

优势介绍： 句柄：使用句柄好处是，reference中存放的是文档的句柄地址，对象被移动时，只改变句柄的实例数据指针，而reference 自己不须要修改 直接指针：使用直接指针的最大好处就是速度更快，节省了指针定位的开销；

扩展

为何字符串拼接的时候，不适合用 String ，而应该使用 StringBuilder 或者 StringBuffer ？ 好比 String = "abc"; (可参考常量池来解释哟)