jvm深入理解

一 概要（本文主要参考深入浅出jvm）

1.什么是jvm？

2.jvm是如何分配内存的？

3.jvm是如何保证垃圾正确回收的？

4.如何监控和优化gc？

什么是jvm（Java Virtual Machine），jvm是jre的一部分，大家都知道jre是java运行环境由jvm和javaapi组成。jvm通过加载和编译java文件并通过javaApi进行执行。

既然java宣称一次编译到处执行，那么它怎么实现的呢？

我们先来看一下java加载顺序

由上图我们可以看出，不论在什么环境下只要有对应的jvm就可以运行。比如windows，linux下的虚拟机都可以运行class文件

下面我们来看一下jvm的组成

1.程序计数器

    程序计数器是一块较小的内存空间，字节码解释器在工作时就是通过这个计数器的值来选取下一次需要执行的字节码指令。

分支，异常处理，循环等都需要依赖程序计数器来完成。

程序计数器是私有的

为什么呢？因为java虚拟机的多线程是通过线程间的切换，在任何一个时刻一个处理器只会处理一条线程中一条指令。所以为了保证线程切换后能正确执行，每条线程都需要一个单独的程序计数器。因此小程序计数器是私有的。

2.虚拟机栈

java虚拟机栈也是私有的，生命周期与线程相同虚拟机栈描述的是Java 方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈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。

虚拟机栈中的局部变量表

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress 类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64 位长度的long 和double 类型的数据会占用2 个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1 个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java 虚拟机都可动态扩展，只不过Java 虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。

3.本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别就是虚拟机栈执行的是java方法，而本地方法栈执行的是native方法

4.java堆

堆内存是Java虚拟机中共享的最大的一块内存，java虚拟机中启动时创建。该内存存放的是java实例对象。所有的实例对象和数组都在这一块分配。堆内存是jvm虚拟机垃圾回收的主要区域，因此也成为gc堆。

5.方法区

方法区与堆内存一样也是共享的一块区域，它主要存放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。根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

二 java虚拟机中对象的访问及存放

举个实例Student stu=new Student();

这份代码中Student stu是一个引用变量所以存放在java虚拟机栈上，new Student()是一个实例对象存放在java堆上。另外，在Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。

由于reference 类型在Java 虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到Java 堆中的对象的具体位置，因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。如果使用句柄访问方式Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息，如下图所示。

指针方式

Java 堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型

 这两种对象的访问方式各有优势，使用句柄访问方式的最大好处就是reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而引用对象本身不需要被修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java 中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。