（转）JVM——Java虚拟机架构

背景：最近开始忙着找工做了，把须要储备的知识再整理总结一遍！关于JVM的总结，是转自下面的链接。结合《深刻理解java虚拟机》，看起来有更清晰的认识。

转载自：http://blog.csdn.net/seu_calvin/article/details/51404589

0. 前言

Java虚拟机（Java virtualmachine）实现了Java语言最重要的特征：即平台无关性。

平台无关性原理：编译后的 Java程序（.class文件）由 JVM执行。JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使程序能够在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。所以实现Java平台无关性。

1. JVM结构图

 

 

JVM = 类加载器 classloader+ 执行引擎 executionengine + 运行时数据区域 runtime data area

首先Java源代码文件被Java编译器编译为字节码文件，而后JVM中的类加载器加载完毕以后，交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程当中，JVM中的运行时数据区（内存）会用来存储程序执行期间须要用到的数据和相关信息。

 

所以，在Java中咱们经常说到的内存管理就是针对这段空间进行管理（如何分配和回收内存空间）。

2. ClassLoader

classloader把硬盘上的class文件加载到JVM中的运行时数据区域，可是它不负责这个类文件可否执行，而这个是执行引擎负责的。

限于篇幅，类加载器的组织结构，加载类的机制原理等会在JVM——类加载器总结一文中描述。

双亲委派模型以及自定义类加载器会在JVM——自定义类加载器一文中描述。

3. 执行引擎 

做用：执行字节码，或者执行本地方法。

4. Runtime DataArea

 JVM在运行期间，在运行时数据区对JVM内存空间的划分和分配，划分为了如下几个区域来存储。

（图注：JDK1.7已经把常量池转移到堆里面了！）

 

PC计数器（The pc Register）

（1）每个Java线程都有一个PC寄存器，用以记录好比在线程切换回来后恢复到正确的执行位置。

（2）如该线程正在执行一个Java方法，则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码地址，如执行native方法，则计数器值为空。

（3）此内存区域是惟一一个在JVM中没有规定任何OutOfMemoryError状况的区域。

 

JVM栈（Java Virtual MachineStacks）

（1）JVM栈是线程私有的，而且生命周期与线程相同。并且当线程运行完毕后，相应内存也就被自动回收。

（2）栈里面存放的元素叫栈帧，每一个方法从调用到执行结束，实际上是对应一个栈帧的入栈和出栈。

栈帧用于存储执行方法时的一些数据，如局部变量表、操做数栈（执行引擎计算时须要），方法出口等等。

（3）这个区域可能有两种异常：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（如：将一个函数反复递归本身，最终会出现这种异常）。若是JVM栈能够动态扩展（大部分JVM是能够的），当扩展时没法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。

 

本地方法栈（Native Method Stacks）

（1）本地方法栈与虚拟机栈所发挥的做用很类似，他们的区别在于虚拟机栈为执行Java代码方法服务，而本地方法栈是为Native方法服务。

（2）和JVM栈同样，这个区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

 

方法区（Method Area）

（1）方法区域是全局共享的，好比每一个线程均可以访问同一个类的静态变量。在方法区中，存储了已被JVM加载的类的信息、静态变量、编译器编译后的代码等。如，当程序中经过getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据来源于方法区。

（2）因为使用反射机制的缘由，虚拟机很难推测哪一个类信息再也不使用，所以这块区域的回收很难！另外，对这块区域主要是针对常量池回收，值得注意的是JDK1.7已经把常量池转移到堆里面了。

（3）一样，当方法区没法知足内存分配需求时，会抛出OutOfMemoryError。

 java8中的元空间就是指方法区。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

（1）存放类中固定的常量信息、方法引用信息等，其空间从方法区域（JDK1.7后为堆空间）中分配。

（2）Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有就是常量表，用于存放编译期已可知的常量，这部份内容将在类加载后进入方法区（永久代）存放。可是Java语言并不要求常量必定只有编译期预置入Class的常量表的内容才能进入方法区常量池，运行期间也可将新内容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。

（3）当常量池没法在申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常，上面也分析过了。

 

Java堆

（1）Java堆是JVM所管理的最大的一块内存。它是被全部线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时建立。

（2）几乎全部的实例对象都是在这块区域中存放。（JIT编译器貌似不是这样的）。

（3）Java堆是垃圾收集管理的主要战场。全部Java堆能够细分为：新生代和老年代。再细致分就是把新生代分为：Eden空间、FromSurvivor空间、To Survivor空间。JVM具体的垃圾回收机制总结请查看个人另一篇JVM——内存管理和垃圾回收。

（4）根据Java虚拟机规范的规定，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。

若是在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。

 

5. 堆和栈的区别

这是一个很是常见的面试题，主要从如下几个方面来回答。

（1）各司其职

最主要的区别就是栈内存用来存储局部变量和方法调用信息。
而堆内存用来存储Java中的对象。不管是成员变量、局部变量仍是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。

（2）空间大小

栈的内存要远远小于堆内存，若是你使用递归的话，那么你的栈很快就会充满并产生StackOverFlowError。
关于如何设置堆栈内存的大小，能够查看JVM——内存管理和垃圾回收中的相关介绍。

（3）独有仍是共享

栈内存归属于线程的私有内存，每一个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见。
而堆内存中的对象对全部线程可见，能够被全部线程访问。

（4）异常错误

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JVM栈能够动态扩展（大部分JVM是能够的），当扩展时没法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。

而堆内存没有可用的空间存储生成的对象，JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError。

以上即是关于JVM架构的相关知识。