搞定JVM系列（一）：JVM原理初识

Bertha 。 2023-06-16 10:47 41阅读 0赞

Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机（JVM）是实现这一特点的关键。JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。之前市场上主要有三种主流的JVM，

1.  Sun公司的HotSpot
2.  BEA公司的JRockit
3.  IBM公司的J9 JVM

后来Sun公司和BEA公司都被oracle收购，并且oracle采用Sun公司的HotSpot和BEA公司的JRockit两个JVM中精华退出了 jdk1.8 的JVM。

下图是JVM的结构，非常重要，尤其是运行时区域。

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## 运行时数据区 ##

### 1、堆 ###

JVM中最大的一块，主要用来存放对象实例和数组，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。线程共享，内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB)。可以位于物理上不连续的空间，但是逻辑上要连续。

### 2、虚拟机栈 ###

每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。线程私有，生命周期和线程一致。

### 3、方法区（非堆） ###

属于共享内存区域，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等数据。

### 4、本地方法栈 ###

本地方法栈（Native MethodStacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。

### 5、程序计数器 ###

程序计数器（Program CounterRegister）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

### 6、直接内存 ###

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError 异常出现。在JDK 1.4 中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java 堆和Native 堆中来回复制数据。

## 堆的分代收集 ##

JVM有多种垃圾回收算法，其中目前在用最经典的就是分代收集算法，这里优先记录下。

*  永久代（Perm）：主要保存class，method，field等对象，该空间大小，取决于系统启动加载类的数量，一般该区域内存溢出均是启动时溢出。java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
 *  老年代（Old）：一般是经过多次垃圾回收（GC）没有被回收掉的对象。
 *  新生代（Eden）：新创建的对象。
 *  新生代（Survivor0）：经过垃圾回收（GC）后，没有被回收掉的对象。
 *  新生代（Survivor1）：同Survivor0相同，大小空间也相同，同一时刻Survivor0和Survivor1只有一个在用，一个为空。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，按照分代收集算法的划分，堆内存空间可以继续细分为年轻代，老年代。年轻代又可以划分为较大的Eden区，两个同等大小的From Survivor,To Survivor区。默认的Eden区和Survivor区的大小比例为8:1:1。在为新创建的对象分配内存的时候先将对象分配到Eden区和From Survivor区，在立即回收时，会将Eden区和Survivor区还存活的对象复制到To Survivor区中，如果To Survivor区的大小不能容纳存活的对象，会把存活的对象分配到老年区。总体来说，新创建的小对象会放在年轻代，年轻代的对象大多在下一次垃圾回收时被回收，老年代存储大的对象和存活时间长的对象。

## 附录：相关概念 ##

### 1、基本类型和引用类型 ###

JVM中，数据类型可以分为两类：**基本类型**和**引用类型**。基本类型的变量保存原始值，即：他代表的值就是数值本身；而引用类型的变量保存引用值。“引用值”代表了某个对象的引用，而不是对象本身，对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。

### 2、堆和栈 ###

**栈是运行时的单位，而堆是存储的单位**。在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应，这点很容易理解，因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享的。栈因为是运行单位，因此里面存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等；而堆只负责存储对象信息。

**栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据。 **

**堆中存的是对象，栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。**

在Java中，Main函数就是栈的起始点，也是程序的起始点。

### 3、引用类型 ###

对象引用类型分：**强引用、软引用、弱引用和虚引用**。

**强引用：不会被回收。**就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用，强引用环境下，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，则不会被垃圾回收。

**软引用：内存充足，则不回收；不足则回收。**软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。换句话说，虚拟机在发生OutOfMemory时，肯定是没有软引用存在的。

**弱引用：会被回收。**弱引用与软引用类似，都是作为缓存来使用。但与软引用不同，弱引用在进行垃圾回收时，是一定会被回收掉的，因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。

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