若是你不了解Java的JVM，那真的很难进BAT一线大厂！

前言

对于开发人员来讲，若是不了解Java的JVM，那真的是很难写得一手好代码，很难查得一手好bug。同时，JVM也是面试环节的中重灾区。咱们不能为了面试而面试，可是学习会这些核心知识你一定会成为面试与工做中“最亮的一颗星”。

思考一下

学习一项知识总该知道为何学习吧。有人会说，这些写代码好像又用不上，貌似全部的事情JVM都替咱们作好了。那就，思考一下为何要学习JVM虚拟机结构。

那你是否遇到这样的困惑：堆内存该设置多大？OutOfMemoryError异常究竟是怎么引发的？如何进行JVM调优？JVM的垃圾回收是如何？甚至建立一个String对象，JVM都作了些什么？

这些疑问随着学习的深刻都会慢慢获得解答，而要解决这些问题的第一步，就是先了解JVM的构成。

JVM内存结构

java虚拟机在执行程序的过程当中会将内存划分为不一样的数据区域，看一下下图。

若是理解了上图，JVM的内存结构基本上掌握了一半。经过上图咱们能够看到什么？外行看热闹，内行看门道。从图中能够获得以下信息。

第一，JVM分为五个区域：虚拟机栈、本地方法栈、方法区、堆、程序计数器。PS：你们不要排斥英语，此处用英文记忆反而更容易理解。

第二，JVM五个区中虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器为线程私有，方法区和堆为线程共享区。图中已经用颜色区分，绿色表示“通行”，橘色表示停一停（需等待）。

第三，JVM不一样区域的占用内存大小不一样，通常状况下堆最大，程序计数器较小。那么最大的区域会放什么？固然就是Java中最多的“对象”了。

学习延伸：若是你记住了这张图，是否是就能够说出关于JVM的内存结构了呢？能够尝试一下，切记不用死记硬背，发挥你的想象。

堆（Heap）

上面已经得出结论，堆内存最大，堆是被线程共享，堆的目的就是存放对象。几乎全部的对象实例都在此分配。固然，随着优化技术的更新，某些数据也会被放在栈上等。

枪打出头鸟，树大招风。由于堆占用内存空间最大，堆也是Java垃圾回收的主要区域（重点对象），所以也称做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。

关于GC的操做，咱们后面章节会详细讲，但正由于GC的存在，而现代收集器基本都采用分代收集算法，堆又被细化了。

一样，对上图呈现内容汇总分析。

第一，堆的GC操做采用分代收集算法。

第二，堆区分了新生代和老年代；

第三，新生代又分为：Eden空间、From Survivor（S0）空间、To Survivor（S1）空间。

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Java虚拟机规范规定，Java堆能够处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的便可。也就是说堆的内存是一块块拼凑起来的。要增长堆空间时，往上“拼凑”（可扩展性）便可，但当堆中没有内存完成实例分配，而且堆也没法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区（Method Area）

方法区与堆有不少共性：线程共享、内存不连续、可扩展、可垃圾回收，一样当没法再扩展时会抛出OutOfMemoryError异常。

正由于如此相像，Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但目前其实是与Java堆分开的（Non-Heap）。

方法区个性化的是，它存储的是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等数据。

方法区的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，通常来讲这个区域的回收“成绩”比较难以使人满意，尤为是类型的卸载，条件至关苛刻，可是回收确实是有必要的。

程序计数器（Program Counter Register）

关于程序计数器咱们已经得知：占用内存较小，现成私有。它是惟一没有OutOfMemoryError异常的区域。

程序计数器的做用能够看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工做时就是经过改变计数器的值来选取下一条字节码指令。其中，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都须要依赖计数器来完成。

Java虚拟机的多线程是经过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个肯定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来讲是一个内核）只会执行一条线程中的指令。

所以，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都须要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，咱们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

若是线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；若是正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

虚拟机栈（JVM Stacks）

虚拟机栈线程私有，生命周期与线程相同。

栈帧(Stack Frame)是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。栈帧存储了方法的局部变量表、操做数栈、动态链接和方法返回地址等信息。每个方法从调用至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里从入栈到出栈的过程。

局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。包括8种基本数据类型、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。

其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其他的数据类型只占用1个。

若是线程请求的栈深度大于虚拟机所容许的深度，将抛出StackOverflowError异常；若是虚拟机栈动态扩展时没法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

操做数栈(Operand Stack)也称做操做栈，是一个后入先出栈(LIFO)。随着方法执行和字节码指令的执行，会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操做数栈，再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者，也就是出栈/入栈操做。

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动态连接：Java虚拟机栈中，每一个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用，持有这个引用的目的是为了支持方法调用过程当中的动态连接(Dynamic Linking)。

方法返回：不管方法是否正常完成，都须要返回到方法被调用的位置，程序才能继续进行。

本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈做用类似，也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

区别在于虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，而本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务。

总结

通过上面的讲解，想必你们已经了解到JVM内存结构的基本状况。下面对照脑图，概括总结一下，看你能说出来多少。

最后

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