JVM架构

JVM架构

JVM整体架构

1.JVM类加载器

2.JVM内存结构

3.JVM执行引擎

JVM一些课外知识

• JVM(虚拟机)：指以软件的方式模拟具有完整硬件系统功能、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统 ，是物理机的软件实现。常用的虚拟机有VMWare，Virtual Box，Java Virtual Machine

• Java虚拟机阵营：Sun HotSpot VM、BEA JRockit VM、IBM J9 VM、Azul VM、Apache Harmony、Google Dalvik VM、Microsoft JVM...

JVM由三个主要的子系统构成

1.类加载器子系统

2.运行时数据区（内存结构）

3.执行引擎

JVM整体结构图

1.类加载过程

类加载：类加载器将class文件加载到虚拟机的内存
加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件
连接：执行校验、准备、解析（可选）步骤
校验：校验字节码文件的正确性
准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
解析：类装载器装入类所引用的其他所有类
初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

a.类加载器种类、

启动类加载器：负责加载JRE的核心类库，如jre目标下的rt.jar,charsets.jar等
扩展类加载器：负责加载JRE扩展目录ext中JAR类包
系统类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包
用户自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包

b.类加载机制

全盘负责委托机制：当一个ClassLoader加载一个类时，除非显示的使用另一个ClassLoader，该类所依赖和引用的类也由这个ClassLoader载入
双亲委派机制：指先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下在自己的路径中查找并载入目标类

c.类加载过程

JVM加载jar包是否会将包里的所有类全部加载进内存？
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JVM对class文件是按需加载(运行期间动态加载)，非一次性加载，见示例(启动需要加上参数：-verbose:class)

2.JVM内存结构

a.内存结构

1.本地方法栈(线程私有)：登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库
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2.程序计数器（线程私有）：就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。
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3.方法区(线程共享)：类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池都存在方法区中，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。
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4.本地方法栈(线程私有)：登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库
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5.程序计数器（线程私有）：就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。
方法区(线程共享)：类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池都存在方法区中，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。
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6.堆(线程共享)：虚拟机启动时创建，用于存放对象实例，几乎所有的对象（包含常量池）都在堆上分配内存，当对象无法再该空间申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。同时也是垃圾收集器管理的主要区域。可通过 -Xmx –Xms 参数来分别指定最大堆和最小堆

b.JVM对该区域规范了两种异常：

1) 线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常

2) 若虚拟机栈可动态扩展，当无法申请到足够内存空间时将抛出OutOfMemoryError，通过jvm参数–Xss指定栈空间，空间大小决定函数调用的深度

c.java栈详解

d.栈+堆+方法区的交互关系

HotSpot是使用指针的方式来访问对象
Java堆中会存放访问类元数据的地址
reference存储的就直接是对象的地址

e.堆

1.新生区
类诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。
新生区分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1区也满了呢？
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2.老年区
新生区经过多次GC仍然存活的对象移动到老年区。若老年区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”
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3.元数据区：元数据区取代了永久代(jdk1.8以前)，本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现，区别在于元数据区并不在虚拟机中，而是使用本地物理内存，永久代在虚拟机中，永久代逻辑结构上属于堆，但是物理上不属于堆，堆大小=新生代+老年代。元数据区也有可能发生OutOfMemory异常。
Jdk1.6及之前： 有永久代, 常量池在方法区
Jdk1.7：       有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池在堆
Jdk1.8及之后： 无永久代，常量池在元空间
元数据区的动态扩展，默认–XX:MetaspaceSize值为21MB的高水位线。一旦触及则Full GC将被触发并卸载没有用的类（类对应的类加载器不再存活），然后高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放的元空间。如果释放的空间少，这个高水位线则上升。如果释放空间过多，则高水位线下降。
为什么jdk1.8用元数据区取代了永久代？
官方解释：移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代
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3.JVM执行引擎

执行引擎：读取运行时数据区的Java字节码并逐个执行

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