大数据开发：看了都说好的JVM分析
作者：覃老师 浏览次数： 2021-02-01 16:12
一．什么是JVM
JVM它是Java Virtual Machine 的缩写，主要是通过在实际计算机模仿各种计算机功能来实现的，组成部分包括堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计算器等部分组成的，其中方法回收堆和方法区是共享区，也就是谁都可以使用，而栈和程序计算器、本地方法栈区是归JVM的。Java能够被称为“一次编译，到处运行”的原因就是Java屏蔽了很多的操作系统平台相关信息，使得Java只需要生成在JVM虚拟机运行的目标代码也就是所说的字节码，就可以在多种平台运行。
二．关于JVM的总体概述
JVM总体上是由类装载子系统（ClassLoader）、运行时数据区、执行引擎、垃圾收集这四个部分组成。其中我们最为关注的运行时数据区，也就是JVM的内存部分则是由方法区（Method Area）、JAVA堆（Java Heap）、虚拟机栈（JVM Stack）、程序计数器、本地方法栈（Native Method Stack）这几部分组成。
三．关于JVM的体系结构
1 .类装载子系统
Class Loader类加载器负责加载.class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader负责class文件的加载等，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
2. 运行时数据区
栈管运行，堆管存储。JVM调优主要是优化Java堆和方法区。
3. 方法区(Method Area)
方法区是各线程共享的内存区域，它用于存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、运行时常量池等数据。
4. Java堆(Java Heap)
Java堆是各线程共享的内存区域，在JVM启动时创建，这块区域是JVM中最大的， 用于存储应用的对象和数组，也是GC主要的回收区，一个 JVM 实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：新生代、老年代、永久代。
说明：
Jdk1.6及之前：常量池分配在永久代 。
Jdk1.7：有，但已经逐步“去永久代” 。
Jdk1.8及之后：无永久代，改用元空间代替(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,这种错误将不会出现在JDK1.8中)。
四．关于JVM内存空间
JVM内存空间包含：方法区、java堆、java栈、本地方法栈。
方法区是各个线程共享的区域，存放类信息、常量、静态变量。
java堆也是线程共享的区域，我们的类的实例就放在这个区域，可以想象你的一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了，程序会抛出OutOfMemoryError异常。
java栈是每个线程私有的区域，它的生命周期与线程相同，一个线程对应一个java栈，每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈，这里面有很多细节，我们以后再讲。如果java栈空间不足了，程序会抛出StackOverflowError异常，想一想什么情况下会容易产生这个错误，对，递归，递归如果深度很深，就会执行大量的方法，方法越多java栈的占用空间越大。
本地方法栈角色和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。
PC寄存器，说到这里我们的类已经加载了，实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方，那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管，它的作用就是控制程序指令的执行顺序。
执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指令。
五．关于JVM的基本特性
基于栈(Stack-based)的虚拟机: 不同于Intel x86和ARM等比较流行的计算机处理器都是基于寄存器(register)架构，JVM是基于栈执行的。
符号引用(Symbolic reference): 除基本类型外的所有Java类型(类和接口)都是通过符号引用取得关联的，而非显式的基于内存地址的引用。
垃圾回收机制: 类的实例通过用户代码进行显式创建，但却通过垃圾回收机制自动销毁。
通过明确清晰基本类型确保平台无关性: 像C/C++等传统编程语言对于int类型数据在同平台上会有不同的字节长度。JVM却通过明确的定义基本类型的字节长度来维持代码的平台兼容性，从而做到平台无关。
网络字节序(Network byte order): Java class文件的二进制表示使用的是基于网络的字节序(network byte order)。为了在使用小端(little endian)的Intel x86平台和在使用了大端(big endian)的RISC系列平台之间保持平台无关，必须要定义一个固定的字节序。JVM选择了网络传输协议中使用的网络字节序，即基于大端(big endian)的字节序。
七．JVM的实现原理
1，类装载器（ClassLoader）主要负责加载class文件，是否能执行主要取决于execution engine它是负责执行被加载类中包含的指令。有两种类加载器分别为启动类加载器和用户自定义类加载器，然而启动类加载器是JVM实现的一部分，用户自定义类加载器是Java程序一部分。
2，本地方法栈（native method stack）主要作用是登记native方法，然后在execution engine执行的时候加载本地方法库。
3，栈有时我们又叫栈内存，负责Java程序的运行，它是在线程创建时创建的，所以生命周期也是和线程生命周期一致，同时消亡，线程结束了栈也就释放，特别提醒的是栈不存在垃圾回收的问题，因为线程结束栈就是释放了。平时我们写的类变量、引用类型变量、实例方法等等都是在函数的栈内存分配好。
4，程序计数器，是指方法区中的方法字节码由引擎读取下一条指令，它是一个非常小的内存空间。为什么有这种东西呢，大家都知道每个线程都是有一个程序计数器的，是线程私有的，相当一个指针。
5，方法区它是指线程共享的，谁都可以共享使用，我们通常用来保存装载类的元结构信息。
6，堆（heap）它是Java虚拟机用来存储对象实例的，比我们在开发过程使用的new对象，只要通过new创建的对象的内存的对象都在堆分配，注意一点的是堆中的对象内存需要等待垃圾器（GC）进行回收，也是Java虚拟机共享区。
7，本地接口（native interface）作用是融合不同的编程语言为Java所用，注意底层是C、C++写的，学习JVM时了解C语言一些更好，最起码能看懂，这个方法的行为就是native method stack中登记native方法，然后在execution engine执行时加载native libraries的。
JVM它是Java Virtual Machine 的缩写，主要是通过在实际计算机模仿各种计算机功能来实现的，组成部分包括堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计算器等部分组成的，其中方法回收堆和方法区是共享区，也就是谁都可以使用，而栈和程序计算器、本地方法栈区是归JVM的。Java能够被称为“一次编译，到处运行”的原因就是Java屏蔽了很多的操作系统平台相关信息，使得Java只需要生成在JVM虚拟机运行的目标代码也就是所说的字节码，就可以在多种平台运行。
二．关于JVM的总体概述
JVM总体上是由类装载子系统（ClassLoader）、运行时数据区、执行引擎、垃圾收集这四个部分组成。其中我们最为关注的运行时数据区，也就是JVM的内存部分则是由方法区（Method Area）、JAVA堆（Java Heap）、虚拟机栈（JVM Stack）、程序计数器、本地方法栈（Native Method Stack）这几部分组成。
三．关于JVM的体系结构
1 .类装载子系统
Class Loader类加载器负责加载.class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader负责class文件的加载等，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
2. 运行时数据区
栈管运行，堆管存储。JVM调优主要是优化Java堆和方法区。
3. 方法区(Method Area)
方法区是各线程共享的内存区域，它用于存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、运行时常量池等数据。
4. Java堆(Java Heap)
Java堆是各线程共享的内存区域，在JVM启动时创建，这块区域是JVM中最大的， 用于存储应用的对象和数组，也是GC主要的回收区，一个 JVM 实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：新生代、老年代、永久代。
说明：
Jdk1.6及之前：常量池分配在永久代 。
Jdk1.7：有，但已经逐步“去永久代” 。
Jdk1.8及之后：无永久代，改用元空间代替(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,这种错误将不会出现在JDK1.8中)。
四．关于JVM内存空间
JVM内存空间包含：方法区、java堆、java栈、本地方法栈。
方法区是各个线程共享的区域，存放类信息、常量、静态变量。
java堆也是线程共享的区域，我们的类的实例就放在这个区域，可以想象你的一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了，程序会抛出OutOfMemoryError异常。
java栈是每个线程私有的区域，它的生命周期与线程相同，一个线程对应一个java栈，每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈，这里面有很多细节，我们以后再讲。如果java栈空间不足了，程序会抛出StackOverflowError异常，想一想什么情况下会容易产生这个错误，对，递归，递归如果深度很深，就会执行大量的方法，方法越多java栈的占用空间越大。
本地方法栈角色和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。
PC寄存器，说到这里我们的类已经加载了，实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方，那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管，它的作用就是控制程序指令的执行顺序。
执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指令。
五．关于JVM的基本特性
基于栈(Stack-based)的虚拟机: 不同于Intel x86和ARM等比较流行的计算机处理器都是基于寄存器(register)架构，JVM是基于栈执行的。
符号引用(Symbolic reference): 除基本类型外的所有Java类型(类和接口)都是通过符号引用取得关联的，而非显式的基于内存地址的引用。
垃圾回收机制: 类的实例通过用户代码进行显式创建，但却通过垃圾回收机制自动销毁。
通过明确清晰基本类型确保平台无关性: 像C/C++等传统编程语言对于int类型数据在同平台上会有不同的字节长度。JVM却通过明确的定义基本类型的字节长度来维持代码的平台兼容性，从而做到平台无关。
网络字节序(Network byte order): Java class文件的二进制表示使用的是基于网络的字节序(network byte order)。为了在使用小端(little endian)的Intel x86平台和在使用了大端(big endian)的RISC系列平台之间保持平台无关，必须要定义一个固定的字节序。JVM选择了网络传输协议中使用的网络字节序，即基于大端(big endian)的字节序。
七．JVM的实现原理
1，类装载器（ClassLoader）主要负责加载class文件，是否能执行主要取决于execution engine它是负责执行被加载类中包含的指令。有两种类加载器分别为启动类加载器和用户自定义类加载器，然而启动类加载器是JVM实现的一部分，用户自定义类加载器是Java程序一部分。
2，本地方法栈（native method stack）主要作用是登记native方法，然后在execution engine执行的时候加载本地方法库。
3，栈有时我们又叫栈内存，负责Java程序的运行，它是在线程创建时创建的，所以生命周期也是和线程生命周期一致，同时消亡，线程结束了栈也就释放，特别提醒的是栈不存在垃圾回收的问题，因为线程结束栈就是释放了。平时我们写的类变量、引用类型变量、实例方法等等都是在函数的栈内存分配好。
4，程序计数器，是指方法区中的方法字节码由引擎读取下一条指令，它是一个非常小的内存空间。为什么有这种东西呢，大家都知道每个线程都是有一个程序计数器的，是线程私有的，相当一个指针。
5，方法区它是指线程共享的，谁都可以共享使用，我们通常用来保存装载类的元结构信息。
6，堆（heap）它是Java虚拟机用来存储对象实例的，比我们在开发过程使用的new对象，只要通过new创建的对象的内存的对象都在堆分配，注意一点的是堆中的对象内存需要等待垃圾器（GC）进行回收，也是Java虚拟机共享区。
7，本地接口（native interface）作用是融合不同的编程语言为Java所用，注意底层是C、C++写的，学习JVM时了解C语言一些更好，最起码能看懂，这个方法的行为就是native method stack中登记native方法，然后在execution engine执行时加载native libraries的。
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