JVM快速入门

JVM快速入门

一.JVM的位置

二.JVM 可分为 5 个部分，分别是：

1、类加载器（Class Loader）

2、运行时数据区（Runtime Data Area）

3、执行引擎（Execution Engine）

4、本地库接口（Native Interface）

5、本地方法库（Native Libraies）

这其中最复杂的是运行时数据区，又可分为方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器，并且方法区和堆是线程共享的，虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程隔离的，JVM 的结构如下图所示。

搞清楚了 JVM 虚拟机的结构，接下来我们详细讲解它的每一部分。
类加载器：加载字节码文件到内存。
执行引擎：对 JVM 指令进行解析，翻译成机器码，解析完成后提交到操作系统中。
本地库接口：供 Java 调用的融合了不同开发语言的原生库。
本地方法库：Java 本地方法的具体实现。
运行时数据区：JVM 核心内存空间结构模型。

运行时数据区是 JVM 内存结构最重要的部分，接下来我们详细讲解运行时数据区的各个组成部分。

类加载器

加载器类型从上往下：

• 1.虚拟机自带的加载器
• 2.启动类（根）加载器（Bootstrap classLoader）
• 3.扩展类加载器（ExtClassLoader）
• 4.应用程序加载器（AppClassLoader）

过程：（请求是从下往上委托，加载是从上往下）

1. 类加载器收到类加载的请求。
2. 将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器。
3. 启动加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，否则抛出异常，通知子加载器进行加载。
4. 重复步骤3

什么是双亲委派机制？

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

双亲委派机制的作用

1. 防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
2. 保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.class，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

native关键字

介绍:

1. native关键字说明其修饰的方法是一个原生态方法，方法对应的实现不是在当前文件，而是在用其他语言（如C和C++）实现的文件中。Java语言本身不能对操作系统底层进行访问和操作，但是可以通过JNI接口调用其他语言来实现对底层的访问。
2. JNI是Java本机接口（Java Native Interface），是一个本机编程接口，它是Java软件开发工具箱（java Software Development Kit，SDK）的一部分。JNI允许Java代码使用以其他语言编写的代码和代码库。Invocation API（JNI的一部分）可以用来将Java虚拟机（JVM）嵌入到本机应用程序中，从而允许程序员从本机代码内部调用Java代码。

用法:

1. 编写带有native声明的方法的Java类（java文件）
2. 使用javac命令编译编写的Java类（class文件）
3. 使用javah -jni ****来生成后缀名为.h的头文件（.h的文件）
4. 使用其他语言（C、C++）实现本地方法
5. 将本地方法编写的文件生成动态链接库（dll文件）

PC寄存器

程序计数器：Program Counter Register

• 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针。程序计数器占用的内存空间较小，是当前线程所执行的字节码行号指示器，通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。多个线程之间的程序计数器相互独立，互不影响，为了保证每个线程都恢复后都可以找到具体的执行位置。

方法区

Method Area 方法区

• 方法区是被所有线程共享的，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口方法都在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间；

• 静态方法，常量，类信息（构造方法，接口定义），运行时的常量池存在方法区中（static，final，Class，常量池），但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关。

• 方法区是一种规范，永久代是方法区的一种实现，这里有个常考的面试题：JDK 7 以前的版本字符串常量池是放在永久代中的，JDK 7 将字符串常量池移动到了堆中，JDK 8 直接删除了永久代，改用元空间替代永久代。

Java 堆

• Java 堆用来存放实例化对象，Java 堆被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，用来存放对象实例，是 Java 内存结构中的大头，占用大部分的空间，是 GC 的主要管理区域，又可分为年轻代、老年代、永久代，JDK 8 及以后去掉了永久代。

年轻代（新生区）

• 年轻代又可分为 Eden（伊甸园），from Survivor（幸存者 from），to Survivor（幸存者 to）。

• Eden区：对象刚被创建的时候，存放在 Eden 区，如果 Eden 区放不下，则放在 Survivor 区，甚至老年代中。

• Survivor 区：Survivor 又可分为 Survivor From 和 Survivor To，GC 回收时使用，将 Eden
  中存活的对象存入 Survior From 中，下一次回收时，将 Survior From 中的对象存入 Survior To 中，清除 Survior From ，下一次回收时重复次步骤，Survior From 变成 Survior To，Survivor To 变成 Survivor From，依次循环，同时每次回收，对象的年龄都 +1，年龄增加到一定程度的对象，移动到老年代中。

老年代（养老区）

• 存放生命周期较长的对象。JDK 8 之后改用元空间替代永久代。

元空间（JDK8以前叫永久存储区）

• Java 8 之后开始将类的元数据放在堆内存中，这块区域叫做元空间，在 Java 7 及以前，元空间是放在永久代中的，Java 8之后分离出来了。

• 元空间和永久代是方法区的实现，方法区只是一种规范，在 Java 7 之后，原先位于方法区永久代里的字符串常量池已被移动到了 Java堆中，因为永久代的内存空间极为有限，如果频繁调用 inter 方法，内存无法存储这么多数据。在 Java 8之后将永久代完全删除了，使用元空间替代了永久代。

• 元空间使用本地内存，永久代使用 JVM 内存，所以使用元空间的好处在于程序的内存不在受限于 JVM内存，本地内存剩余多少空间，元空间就可以有多大，解决了空间不足的问题。

GC垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区。

GC算法

• 引用计数法
• 复制算法
• 标记清除法
• 标记压缩法

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法（时间复杂度）
内存整齐度：复制算法= 标记压缩算法 > 标记清除法
内存利用率：标记压缩算法 = 标记清除算法 >复制算法