浅谈 jvm基本结构

从Java平台的逻辑结构上来看，咱们能够从下图来了解JVM：

从上图能清晰看到Java平台包含的各个逻辑模块，也能了解到JDK与JRE的区别

对于JVM自身的物理结构，咱们能够从下图鸟瞰一下：

对于JVM的学习，在我看来这么几个部分最重要：

• Java代码编译和执行的整个过程
• JVM内存管理及垃圾回收机制

Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图以下所示：

Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图以下所示：

Java代码编译和执行的整个过程包含了如下三个重要的机制：

• Java源码编译机制
• 类加载机制
• 类执行机制

Java源码编译机制

Java 源码编译由如下三个过程组成：

• 分析和输入到符号表
• 注解处理
• 语义分析和生成class文件

流程图以下所示：

最后生成的class文件由如下部分组成：

• 结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
• 元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
• 方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息

类加载机制

JVM的类加载是经过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序能够由下图来描述：

1）Bootstrap ClassLoader

负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里全部的class，由C++实现，不是ClassLoader子类

2）Extension ClassLoader

负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

3）App ClassLoader

负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

4）Custom ClassLoader

属于应用程序根据自身须要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader

加载过程当中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只全部ClassLoader加载一次。而加载的顺序 是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

类执行机制

JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程建立后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指 令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每一个栈帧对应着每一个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操做数栈两部分组成，局部变量区用于存放方法中的 局部变量和参数，操做数栈中用于存放方法执行过程当中产生的中间结果。栈的结构以下图所示：

JVM内存组成结构

JVM栈由堆、栈、本地方法栈、方法区等部分组成，结构图以下所示：

1）堆

全部经过new建立的对象的内存都在堆中分配，其大小能够经过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成，结构图以下所示：

• 新生代。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小能够由-Xmn来控制，也能够用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
• 旧生代。用于存放新生代中通过屡次垃圾回收仍然存活的对象

栈

每一个线程执行每一个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每一个栈帧包括局部变量区和操做数栈，用于存放这次方法调用过程当中的临时变量、参数和中间结果

本地方法栈

用于支持native方法的执行，存储了每一个native方法调用的状态

4）方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可经过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值

垃圾回收机制

JVM分别对新生代和旧生代采用不一样的垃圾回收机制

新生代的GC：

新生代一般存活时间较短，所以基于Copying算法来进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的彻底未使用的空间 中，对应于新生代，就是在Eden和From Space或To Space之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查 空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从eden到survivor，最后到旧生代，

用java visualVM来查看，能明显观察到新生代满了后，会把对象转移到旧生代，而后清空继续装载，当旧生代也满了后，就会报outofmemory的异常，以下图所示：

在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、并行回收GC（Parallel Scavenge）和并行GC（ParNew）

1）串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是很是高的应用上，是client级别默认的GC方式，能够经过-XX:+UseSerialGC来强制指定

2）并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数

3）并行GC

与旧生代的并发GC配合使用

旧生代的GC：

旧生代与新生代不一样，对象存活的时间比较长，比较稳定，所以采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，而后再进行回收未 被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减小内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行 GC（Serial MSC）、并行GC（parallel MSC）和并发GC（CMS），具体算法细节还有待进一步深刻研究。

以上各类GC机制是须要组合使用的，指定方式由下表所示：

指定方式	新生代GC方式	旧生代GC方式
-XX:+UseSerialGC	串行GC	串行GC
-XX:+UseParallelGC	并行回收GC	并行GC
-XX:+UseConeMarkSweepGC	并行GC	并发GC
-XX:+UseParNewGC	并行GC	串行GC
-XX:+UseParallelOldGC	并行回收GC	并行GC
-XX:+ UseConeMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC	串行GC	并发GC
不支持的组合	1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC