jvm系列（1）java虚拟机的基本结构

 

1.类加载子系统：从文件系统或者网络中加载class信息，而加载的这些信息就会存放一块称之为在方法区的内存空间中。

2.方法区：就是存放类信息，各种常量信息（  对于Java8， HotSpots取消了永久代，那么是不是也就没有方法区了呢？当然不是，方法区是一个规范，规范没变，它就一直在。那么取代永久代的就是元空间。它可永久代有什么不同的？存储位置不同，永久代物理是是堆的一部分，和新生代，老年代地址是连续的，而元空间属于本地内存；存储内容不同，元空间存储类的元信息，静态变量和常量池等并入堆中。相当于永久代的数据被分到了堆和元空间中。）。

3.java堆：它是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放在java堆中，堆空间是所有线程共享的。在java虚拟机启动的时候就会建立java堆。（堆内存用来存放new创建的对象和数组。堆内存中所有的实体都有内存地址值。堆内存中的实体是用来封装数据的，这些数据都有默认初始化值。堆内存中的实体不再被指向时，JVM启动垃圾回收机制，自动清除，这也是JAVA优于C++的表现之一（C++中需要程序员手动清除））

4.直接内存：java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而达到提高性能。直接内存的读写速度比java堆要好，所以可以考虑在读写频繁的场合使用直接内存。

5.java栈：每个虚拟机线程都有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程被创建的是被创建，java栈中有局部变量，方法参数，返回值，方法调用等。（函数中定义的基本类型变量，对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。栈内存特点，数据一执行完毕，变量会立即释放，节约内存空间。栈内存中的数据，没有默认初始化值，需要手动设置。）

6.本地方法栈：和java栈差不多，但是本地方法栈用于本地方法调用，java虚拟机允许java直接调用本地方法（通常是c编写）。

7.垃圾回收系统：是java的核心，java自己有一套自己的垃圾回收机制，我们无需手动去清理，垃圾回收器可以对方法区、Java堆和直接内存进行回收。

8.pc寄存器：是每个线程的私有空间。每个线程都会被java虚拟机创建pc寄存器，在任何时刻，一个java线程总是在执行一个方法，这个叫当前方法，如果当前方法不是本地方法，pc寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则pc寄存器值为undefined，寄存器存放如当前环境指针，程序计数器，操作栈指针等信息。

9.执行引擎：它负责执行虚拟机的字节码。一般会先编译成机器码后执行。

 

2. 堆空间的一般结构
2.1 结构图

 绝大多数情况下，对象首先分配地eden区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入s0或者s1之后，每经过一次新生代回收，对象如果还存在，它的年龄就会加1 。当对象的年龄达到一定条件后，就会认为是老年对象，从而进入老年代。

2.2 例子

堆、方法区、栈的关系

3. 出入Java栈
1. Java栈是一块线程私有的内存空间。如果说，Java堆和程序数据密切相关，那么栈就是和线程执行密切相关。线程执行的基本行为是函数调用，每次函数调用的数据是通过Java栈传递的。

2. Java栈中保存的主要内容为栈帧。每一次函数调用，都会有一个对应的栈帧被压入Java栈，每一个函数调用结束，都会有一个栈帧被弹出Java栈。

3. JaVa栈方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指；另外一种是抛出异常。

3.1 栈帧和函数调用

1.        由于每次函数调用都会生成对应的栈帧，从而占用一定的栈空间，因此，如果栈空间不足，那么函数调用自然无法继续进入下去。当请求的栈深度大于最大可用栈深度时，系统就会抛出StackOverflowError            栈溢出错误。

2.        函数嵌套调用的层次在很大程度上由栈的大小，栈越大，函数可以支持的嵌套调用次数就越多。

3.2局部变量表
1.        局部变量用于保存函数的参数以及局部变量。局部变量表中的变量只在当前函数调用中有效，当函数调用结束后，随着函数栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

2.        局部变量表在栈帧之中，因此，如果函数的参数和局部变量较多，会使得局部变量表膨胀，从而每一次函数调用就会占用更多的栈空间，最终导致函数的嵌套调用次数减少。

3.        栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重复的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达节省资源的目的。

4.        局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都是会被回收的。

3.3 操作数栈
操作数数也是一个先进后出的数据结构，只支持入栈和出栈两种操作。它主要用于保存计算的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

3.4帧数据区
除了局部变量表和操作数外，Java栈帧还需要一些数据来支持常量池解析、正常方法返回和异常处理等。大部分Java字节指令需要进行常量池访问，在帧数据区中保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池。

3.5 栈上分配
1.        栈上分配是Java虚拟机提供的一项优化技术，它的基本思想是，对于那些线程私有的对象（这里不可能被其他线程访问的对象），可以将它们打散分配在栈上，而不是分配在堆上。分配在栈上的好处是可以在函数调用结束后自行销毁，而不是需要垃圾回收器的介入，从而提高系统的性能。

2.        栈上分配的一个技术基础是进行逃逸分析。逃逸分析的目的是判断对象的作用域是否可能逃逸出函数体。

以下方法属性逃逸对象

<span style="font-weight: normal;">private static User u;
    public static void alloc()
    {
        u = new User();
        u.id = "5";
        u.name = "gegym";
    }</span>
以下方法属性非逃逸对象

public static void alloc()
    {
        User u = new User();
        u.id = "5";
        u.name = "gegym";
    }

 

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作者：Owen William 
来源：**** 
原文：https://blog.****.net/owen_william/article/details/50987640 
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