浅谈JVM内存结构

内存是操做系统中不可或缺的部分，一台机器有内存才能正常稳定地运行。编程语言从来都有本身的内存管理机制，尤为是Java，它不像C同样须要本身维护内存的关系，而是经过本身的内部机制JVM来管理内存。这虽然下降了开发同窗们的入手难度，但同时也使得在运行时一旦抛出内存异常，很难知道发生了什么。如下就简单地来介绍一下JVM内存的结构。

废话很少说，先看下面图表：

▲图表1 JVM总体结构▲

此时可能有些人会一头雾水，别着急，咱们一点点来看。

先看第一部分：

▲图表2 类装载系统▲

这个表明了一个类被装入JVM的过程。若是用更简单的比喻，它相似初学JDBC时Class.forName()所作的事情。具体来说，会分为如下几步：

1. 加载：将字节码文件按照双亲委托机制（当某个类加载器须要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操做。若是上级的类加载器没有加载，本身才会去加载这个类，方块中对应的即是Bootstrap Class Loader（启动类加载器），Extension Class Loader （标准扩展类加载器），Application Class Loader（系统类加载器））进行加载；
2. 连接字节码文件：分为三个步骤，分别是字节码验证（verify）、class类数据结构分析（prepare）以及相应的内存分配和最后的符号表的连接（resolve）；
3. 初始化操做：好比类中静态属性和初始化赋值，以及静态块的执行等。

一个类就是这样被装入了内存，那么在程序中会发生什么呢？别着急，且听我慢慢道来：

▲图表3 Java内存结构▲

这张图是运行时数据区，表示了当前JVM的全部状态，让咱们一个区一个区看看：

1. 方法区（Method Area）：用于存储已被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。运行时常量池也是方法区的一部分，好比String w = ”hello”;中，hello就被放在了方法区里。方法区是线程共享的。有一点要注意，JDK1.8 使用元空间 MetaSpace 替代方法区，元空间并不在 JVM中，而是使用本地内存；

_2. 堆区（Heap Area）：_堆区是JVM中占地最大的区域，全部的实例对象所有都在堆区上，这个位置也是线程共享的；

3. 栈区（Stack Area）：存放了每个线程的当前状态，每个线程都有一个本身的栈，而栈中存放了如下数据组成的一个个栈帧：操做数、局部变量表、动态连接、返回地址，须要注意的是，栈中只存引用或者基本类型，并且线程不共享（并无指内部的优化动做）；

4. 程序计数器（PC Registers）： 它是当前线程执行字节码的行号指示器。在多线程中，为了让每一个线程切换回来后可以恢复原来执行的指令，就须要为每一个线程启动一个PC计数器，这些计数器之间是互补影响的，由于程序计数器和栈同样都是线程私有的。固然程序计数器是JVM惟一个不会出现内存溢出的组件；

5. 本地方法栈（Native Method Statck）：保存了本地方法，它是当程序调用类库（本地方法）中的方法时才会用到它，即native method。

接下来就要介绍为咱们勤勤恳恳工做的执行引擎啦：

▲图表4 Java执行引擎▲

Java执行分为编译执行（JIT compilation）和解释执行（Interpreter）。

首先咱们要明白什么是编译执行，什么是解释执行：

Bash就是属于解释执行语言，一行行解释代码来完成命令；

C就是编译执行， 将文件编译成字节码，接着运行。

那为何Java会用两套编译手段呢？先看下面这个例子：

假定你是导演，写了个剧本，让演员表演。

一种方式是让演员把整个剧本都背下来，吃透到脑子里，而后连续表演一个小时。

另外一种方式是让演员表演两分钟，再看两分钟脚本，思考一下，再表演两分钟，再看一会脚本，思考一下…

单纯从效率上来说，第一种方式必定会比第二种方式表演起来更熟练，可是现实每每不容许，或者没必要要。若是不是很是须要表演的技巧，简单地看一下剧本就好啦。在特别考验表演技巧时，才须要背下整个剧本，这样才能在表演时更好地展示本身的风采。

Java也是如此，由JIT发现热代码后，将指令集优化（好比重排，合并），而后生成字节码供系统运行。至于其余的代码呢，简单的解释执行完就行了~

在运行的过程当中必定会产生不少的垃圾，由于随着系统运行，不少对象都会废弃不用，此时就须要使用垃圾回收机制Garbage Collection（垃圾回收内容太多了，之后能够单拿出来说讲）。

最后，来看下Java与系统底层交互：

▲图表5 Java与系统底层交互▲

JNI（Java本地接口）经过使用Java本地接口书写程序，能够确保代码在不一样的平台上方便移植。经过JNI实现与本地方法库的调用交互，使得在Java虚拟机内运行的Java代码可以与其它编程语言互相操做，包括_建立本地方法、更新Java对象、调用Java方法，_引用Java类，捕捉和抛出异常等，也容许Java代码调用 C/C++或汇编语言编写的库。

好啦，今天就到这里，相信你们对JVM的内存模型已经有了必定的认知，但愿在遇到这种问题时，本篇内容能够帮到正在阅读的你。学习技术是一个日积月累的过程，切不可急躁~若是写代码有天意，那必定是让你修炼！