探讨Java虚拟机之虚拟机体系结构

   自工做以上，程序由于代码越写越多，变得愈来愈臃肿，效率也会变得愈来愈低，因而我总喜欢不断去优化程序结构外，内存优化和性能调优。

    要对Java程序进行内存优化和性能调优，须要了解虚拟机的内部原理，了解Java虚拟机的好处除了上述说起两点好处。从更深一点的技术层面上看，了解Java虚拟机的规范和实现，将更加有助于咱们编写高效、稳定的Java代码。好比，假如了解Java虚拟机的内存模型，了解虚拟机的内存回收机制，那么咱们就不会过度依赖它，而会在须要的时候显式的"释放内存"(Java代码不能显式释放内存，可是能够经过释放对象引用告知垃圾回收器回收该对象须要被回收)，以下降没必要要的内存消耗；假如咱们了解Java栈的工做原理，那么咱们就能够经过减小递归层数，减小循环次数来下降堆栈溢出的风险。可能对于应用开发人员来讲，可能不会直接去涉及这些Java虚拟机底层实现的工做，可是了解这些背景知识，或多或少，都会对咱们写的程序产生潜移默化的好的影响。

 

本篇文章，将简明扼要的说明Java虚拟机的体系结构和内存模型，若有用词不妥或解释不许确之处，请不吝指正，深感荣幸!

Java 虚拟机体系结构

类装载子系统

Java虚拟机有两种类装载器，分别是启动类装载器和用户自定义装载器。
通类装载子系统经过类的全限定名（包名和类名，网络装载还包括 URL）将 Class 装载进运行时数据区。对于每个被装载的类型，Java虚拟机都会建立一个java.lang.Class类的实例来表明该类型，该实例被放在内存中的堆区，而装载的类型信息则位于方法区，这一点和全部其余对象都是同样的。
类装载子系统在装载一个类型前，除了要定位和导入对应的二进制class文件外，还要验证导入类的正确性，为类变量分配并初始化内存，以及解析符号引用为直接引用，这些动做严格按照如下顺序进行：
装载——查找并装载类型的二进制数据；
链接——执行验证，准备以及解析(可选)

      验证 确保被导入类型的正确性
      准备 为类变量分配内存，并将其初始化为默认值
      解析 把类型中的符号引用转换为直接应用
 

方法区

对于每个被类装载子系统装载的类型，虚拟机都会保存下列数据到方法区:
类型的全限定名
类型超类的全限定名(java.lang.Object没有超类)
类型是类类型仍是接口类型
类型的访问修饰符
任何直接超接口的全限定名有序列表

 

除了上述基本类型信息，还将保存以下信息：
类型的常量池
字段信息(包括字段名、字段类型、字段修饰符)
方法信息(包括方法名、返回类型、参数的数量和类型、方法修饰符，若是方法不是抽象和本地的，还将保存方法的字节码、操做数栈和该方法栈帧中的局部变量区的大小和异常表)
常量之外的全部类变量(其实就是类的静态变量，由于静态变量是全部实例共享的，且与类型直接相关，因此他们是类一级的变量，做为类的成员被保存在方法区)
一个到类ClassLoader的引用

Java代码  

//返回的就是刚才保存的ClassLoader引用
String.class.getClassLoader();

 一个到Class类的引用

 

Java代码  

//将返回刚才保存的Class类的引用
String.class;

   

注意，方法区也是能够被垃圾回收器回收的，当一个类型再也不被引用且方法区内存不足时，虚拟机将卸载该类型，回收内存。

 

堆
Java程序在运行时建立的全部类实例或数组都放在同一个堆中，而每个Java虚拟机也只有一个堆空间，全部线程将共享这一个堆(这就是一个多线程的Java程序会产生对象访问的同步问题的缘由了)。
因为每一种Java虚拟机都有对虚拟机规范的不一样实现，因此咱们可能不知道每一种Java虚拟机在堆中是以何种形式表示对象实例的，不过咱们能够经过下面这可能的实现来一窥端倪:

 

程序计数器

对于运行中的Java程序而言，每个线程都有本身的PC（程序计数器）寄存器，它是在该线程启动时建立的，大小为一个字长，用来保存须要被执行的下一行代码的位置。

 

 

Java栈

每个线程都有一个Java栈，以栈帧为单位保存线程的运行状态。虚拟机对Java栈的操做有两种：压栈和出栈，两者都已帧为单位。栈帧保存了传入参数、局部变量、中间运算结果等数据，在方法完成时被弹出，而后释放。
看一下两个局部变量相加时栈帧的内存快照

本地方法栈

这是 Java 调用操做系统本地库的地方，用来实现 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）

 

执行引擎

Java虚拟机的核心，控制装入 Java 字节码并解析；对于运行中的Java程序而言，每个线程都是一个独立的虚拟机执行引擎的实例，从线程生命周期的开始到结束，他要么在执行字节码，要么在执行本地方法。

本地接口

链接了本地方法栈和操做系统库。

 

注:文中全部提到"Java虚拟机"的地方都是指"JavaEE和JavaSE平台的Java虚拟机规范"。