JVM的组成部分

我们先把JVM这个虚拟机画出来，如下图所示：
virtual虚拟机
Machine 机械
java Virtual Machine （java 虚拟机）

从这个图中可以看到，JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。我们再来看下JVM有哪些组
成部分，如下图所示：
该图参考了网上广为流传的JVM构成图，大家看这个图，整个JVM分为四部分：
q Class Loader 类加载器
类加载器的作用是加载类文件到内存，比如编写一个HelloWord.java程序，然后通过javac编译成class文件，
那怎么才能加载到内存中被执行呢？Class Loader承担的就是这个责任，那不可能随便建立一个.class文件就能

被加载的，Class Loader加载的class文件是有格式要求，在《JVM Specification》中式这样定义Class文件的
结构：
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
需要详细了解的话，可以仔细阅读《JVM Specification》的第四章“The class File Format”，这里不再详细说明。

友情提示：Class Loader只管加载，只要符合文件结构就加载，至于说能不能运行，则不是它负责的，那是
由Execution Engine负责的。
q Execution Engine 执行引擎
执行引擎也叫做解释器(Interpreter)，负责解释命令，提交操作系统执行。
q Native Interface本地接口
本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序，Java诞生的时候是C/C++横
行的时候，要想立足，必须有一个聪明的、睿智的调用C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理
标记为native的代码，它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时
加载native libraies。目前该方法使用的是越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印
机，或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见，因为现在的异构领域间的通信很发达，比如
可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。
q Runtime data area运行数据区
运行数据区是整个JVM的重点。我们所有写的程序都被加载到这里，之后才开始运行，Java生态系统如此的繁
荣，得益于该区域的优良自治，下一章节详细介绍之。
整个JVM框架由加载器加载文件，然后执行器在内存中处理数据，需要与异构系统交互是可以通过本地接口进
行，瞧，一个完整的系统诞生了！
2 JVM的内存管理
所有的数据和程序都是在运行数据区存放，它包括以下几部分：
q Stack 栈
栈也叫栈内存，是Java程序的运行区，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内
存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束，该栈就Over。问题出来了：栈中存的是那些
数据呢？又什么是格式呢？
栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方
法(Method)和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又
调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，执行完毕后，先弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧，遵循“先进后出”原则。
那栈帧中到底存在着什么数据呢？栈帧中主要保存3类数据：本地变量（Local Variables），包括输入参数和输
出参数以及方法内的变量；栈操作（Operand Stack），记录出栈、入栈的操作；栈帧数据（Frame Data），
包括类文件、方法等等。光说比较枯燥，我们画个图来理解一下Java栈，如下图所示：
图示在一个栈中有两个栈帧，栈帧2是最先被调用的方法，先入栈，然后方法2又调用了方法1，栈帧1处于栈顶
的位置，栈帧2处于栈底，执行完毕后，依次弹出栈帧1和栈帧2，线程结束，栈释放。
q Heap 堆内存
一个JVM实例只存在一个堆类存，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：
Permanent Space 永久存储区
永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class,Interface的元数据，也就是说它存储的是运
行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占用
的内存。
Young Generation Space 新生区
新生区是类的诞生、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
区又分为两部分：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，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？再移动到养老区。
Tenure generation space养老区
养老区用于保存从新生区筛选出来的JAVA对象，一般池对象都在这个区域活跃。 三个区的示意图如下：
q Method Area 方法区
方法区是被所有线程共享，该区域保存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。
q PC Register 程序计数器
每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码，由执行引擎读取下一条指令。
q Native Method Stack 本地方法栈