虚拟机的前世今生和Java内存区域 顶

Java程序执行过程

javac编译成.class文件，然后jvm将其加载到方法区，执行引擎将会执行这些字节码，执行时会翻译成操作系统相关函数，jvm作为.class文件的翻译存在，输入字节码，调用操作系统函数。 过程如下：Java文件->编译器->字节码->jvm->机器码。

JVM、JRE、JDK的关系

JVM充当翻译的角色，把class翻译成机器识别的代码。 JRE包含jvm，还提供很多类库（也就是jar包，比如读取或者操作文件，连接网络，使用IO等）JVM标准加上实现的一大堆基础类库，组成java运行时环境。 JDK：负责编译代码，调试代码，打包代码，有时候还需要反编译代码，jdk提供了一些非常nice的工具，比如javac(编译代码)，java -jar打包代码，javap反汇编等 JVM的作用是：从软件层面屏蔽不同操作系统在底层硬件和指令的不同。 同时JVM是一个虚拟化的操作系统，类似Linux或者Windos的操作系统，只是它架在操作系统上，接收字节码也就是class，把字节码翻译成操作系统上的机器码进行执行。

JVM的发展

常见的Hotspot虚拟机，Jrocket，J9，TaobaoVM等

JVM整体知识模块

JVM能涉及非常庞大的一块知识体系，比如内存结构、垃圾回收、类加载、性能调优、JVM自身优化技术、执行引擎、类文件结构、监控工具等。 但是所有的知识体系这，都和内存结构有一定的联系： 比如垃圾回收就是内存、类加载加载到的地方也是内存、性能优化也涉及到内存优化、执行引擎与内存密不可分、类文件结构与内存设计有关系、监控工具也会监控内存，所以内存结构处于JVM中核心位置，也是属于我们入门JVM学习的最好的选择。 同时JVM是一个虚拟化的操作系统，所以除了要虚拟化指令之外，最重要的一个事情就是需要虚拟化内存，这个虚拟化内存就是JVM的内存区域。

JVM的内存区域

运行时数据区域

在JVM中，JVM内存主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈等 按照与现场的关系划分为： 线程私有区域、线程共享区域 直接内存：没有被虚拟化的操作系统上的其它内存（比如操作系统上有8G内存，被JVM虚拟化了3G，那么还剩5G，JVM是借助一些工具使用这5G内存的，这部分内存称为直接内存）

虚拟机栈

栈的数据结构：FILO先进后出 虚拟机栈的作用：在JVM运行过程中存储当前线程运行方法所需的数据、指令、返回地址。 虚拟机栈是基于线程的：在线程的生命周期这，参与计算的数据会频繁的入栈和出栈，栈的生命周期和线程是一样的。 虚拟机栈的大小缺省为1M，可以参数 -Xss 调整大小，eg:-Xss256k

栈帧

在每个方法被调用的时候，都会创建一个栈帧，并入栈，一旦方法完成相应的调用，则出栈 栈帧大体包含四个区域（局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址） 1、局部变量表：主要存放我们Java的八大基础数据类型，对象的引用地址 2、操作数栈：存放java方法执行的操作数的，他就是一个栈，先进后出，操作的元素可以是任意的java数据类型。 3、动态连接：java语言特性多态 4、返回地址：正常返回（调用程序计数器这的地址作为返回），异常返回（通过异常处理表来确定） 同时，虚拟机栈这个内存也不是无限大他有大小限制，默认情况下是1M

程序计数器

较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器：各线程之间独立存储，互不影响。 程序计数器是一块很小的内存空间，记录各个线程执行的字节码的地址，例如，分支、循环、跳转、线程恢复等都依赖于计数器。

栈帧的执行对内存区域的影响

在JVM中，基于解释执行的这种方式是基于栈的引擎吗，这个栈就是操作数栈。

运行时数据区及JVM的整体内存结构

本地方法栈

管理本地方法的调用，服务的对象是native方法

方法区

存放已被虚拟机加载的类的相关信息，包括类信息、静态变量、运行时常量池、字符串常量池。 方法区是JVM对内存的逻辑划分，在jdk1.8之后使用元空间来实现方法区。 常量池：存放编译期间生成的各种字面量和符号引用，字面量（字符串、基本类型常量（final修饰的变量）），符号引用则包括类和方法的权限的名（XX/XX/XX）

符号引用

编译时不知道引用类的实际内存地址，使用符号引用来代替。 而在类装载器装载该类时，可以通过虚拟机获取引用类的实际内存地址，也就是将符号引用替换为引用类的实际内存地址即直接引用地址。 即在编译时用符号引用来代替引用类，在加载时再通过虚拟机获取该引用类的实际地址。

常量池与运行时常量池

当类加载到内存之后，JVM就会将class文件常量池的内容存放到运行时常量池中；在解析阶段，JVM会把符号引用替换为直接引用（对象的索引值） 例如：类中的一个字符串常量在class文件中时，存放在class文件常量池中的；在JVM加载完类之后，JVM会将这个字符串常量放到运行时常量池中，并在解析阶段，指定该字符串对象的索引值，运行时常量池是全局共享的，多个类公用一个运行时常量池，class文件中的常量池多个相同的字符串在运行时常量池只会存在一份。 常量池有很多概念： 包括运行时常量池、class常量池、字符串常量池

元空间

java8为什么使用元空间替代永久代？ 官方给出的解释是: 移除永久代是为了融合HotspotJVM 与JRockit VM 而做出的努力，因为JRockit没有永久代，所以不需要配置永久代。 永久代内存经常不够用或发生内存溢出，抛出异常OOM，这是因为jdk1.7版本中，指定PermGen区大小为8M，由于PermGen 中类的元数据信息在每次Full GC的时候都可能被搜集，回收率都偏低，还有为PermGen分配多大的空间很难确定。

堆

常见的垃圾回收就是操作堆的 java对象可分为基本数据类型和普通对象 对于普通对象来说，JVM会首先在堆上创建对象，然后在其他地方使用的其实是他的引用。 对于基本数据类型，有两种情况，当你在方法体中声明了基本数据类型对象，他就会在栈上直接分配其他情况，都是在堆上分配。

堆大小参数

-Xms:堆的最小值 -Xmx:堆的最大值 -Xmn:新生代大小 -XX:NewSize：新生代最小值 -XX:MaxNewSize:新生代最大值

直接内存（堆外内存）

如果使用NIO，这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作。 小结： 1、直接内存主要通过DirectByteBuffer申请内存。 2、其它堆外内存，主要使用了Unsafe或者其它JNI手段直接申请的内存 堆外内存泄漏是非常严重的，他的排除难度高，影响大，甚至造成主机死机