JVM学习之路（三）——JVM内部结构详细介绍及其相互作用

JVM学习之路（一）——java程序执行流程

JVM学习之路（二）——JVM的内部结构

三、JVM内部结构详细介绍及其相互作用

前面2部分分别介绍了java程序的执行流程和JVM的内部结构，但内部结构的详细信息及其之间的相互作用并未介绍，也不知道JVM怎么调配的，就让各个模块把一个java程序执行了。本部分解决的就是这个问题。

1、JVM内存空间包括4部分：方法区、java堆、java栈、本地方法栈。

2、方法区：

①是各个线程共享的区域；

②存放类信息、常量、静态变量、运行时常量池、即时编译器编译后的代码等。

③运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。.class 字节码文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

④方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

3、java堆（主内存）：

①是各个线程共享的区域；

②存放类实例对象、数组元素；

③一个系统会产生很多实例，因此java堆的空间是最大的；

④如果java堆空间不足了，程序会抛出OutOfMemoryError异常（常说的OOM异常）。

⑤Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx 参数和-Xms 参数控制）。

⑥Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC 堆”（Garbage Collected Heap）。

⑦如果从内存回收的角度看，由于现在垃圾收集器基本都是采用的分代收集算法，所以：将java堆分代的唯一理由就是优化GC性能。

• Java 堆 = 新生代 + 老年代
• 新生代 = 伊甸区（Eden） + 幸存区（Survivor）= 伊甸区（Eden）+ From Survivor空间 + To Survivor空间
• 幸存区 = From Survivor 空间 + To Survivor 空间
• 2个幸存区是大小相同，完全对称的，没有任何差别，也可写作S0，S1。

4、java栈：

①是每个线程私有的区域；

②它的生命周期与线程相同，因此就不存在“垃圾回收”这回事了，因为线程结束，这个栈也就消亡了；

③一个线程对应一个java栈；

④每执行一个方法就会往栈中压入一个元素，这个元素叫“栈帧”，而栈帧中包括了方法中的基本类型变量、对象的引用变量、局部变量表、用于存放中间状态值的操作栈、方法出口、动态链接；

⑤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java虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

⑥如果java栈空间不足了，程序会抛出StackOverflowError异常。什么情况下容易产生这个异常呢？递归，递归如果深度很深，就会执行大量的方法，方法越多，java栈的空间占用越大。

⑦如果java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。

5、本地方法栈：

①和java栈类似，只不过它是用来表示执行本地方法的，

②本地方法栈存放的方法调用本地方法接口，最终调用本地方法库，实现与操作系统、硬件交互的目的。还记得JNI（java native interface，java本地接口）吗？嘻嘻。

6、PC寄存器：

说到这里我们的类已经加载了，实例对象（java堆中）、方法（java栈或本地方法栈）、静态变量（方法区）都去了自己该去的地方。那么问题来了，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行，这些程序指令执行的顺序就是PC寄存器在管。

①它的作用就是控制程序指令的执行顺序。

②是每个线程私有的区域。每个线程都拥有一个独立的PC寄存器，用于在线程切换后恢复到正确的执行位置。

③如果线程正在执行的是Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；

   如果线程正在执行的是Natvie 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

④此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError （OOM）情况的区域。

7、执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序，依次执行程序指令。