Java虚拟机之认识篇
前言
平时工作中大多数人都在做增删改查，我也是。但想从码畜进阶码农，JVM是必须要了解的。Java JVM号称最好的虚拟机肯定不能放过吧。
接下来肯定有人问那什么语言是最好的？
别问，问就是PHP是世界上最好的语言。
有段时间还在想深入学习JVM要看什么视频买什么书，结果它自己来了。
无意中点了朋友圈中的广告，然后进了网易云的公开课。听课连续三天以及完成练习，网易云的萌萌觉得失忆太优秀了便寄给我一本周志明的《深入理解Java虚拟机》第三版。
简单的举例为什么要学习JVM。
你买了一辆车，不出意外的话，你每天上下班，接对象，带父母逛街都开着心爱的车，幸福感爆棚。
有人说失忆我没对象，文章最后有我二维码，加我微信，安排。
某一天你开着车带对象出去玩，车上放着陈奕迅的《因为爱情》，你看着对象的侧脸，又看看窗外倒退的白杨树，你多希望这一刻永固。车子突然停下，你回了神。下意识安慰对象说没事，我是久经沙场的老司机。结果一番检查后你发现你根本处理不了，天色已晚，手机也没信号…完蛋。
正文
Java虚拟机家族
作为Java程序员，谈起Java虚拟机，第一反应就是HotSpot虚拟机。但HotSpot虚拟机只是Java虚拟机其中一个，是目前主流的虚拟机。但那曾经涌现、湮灭过许多或经典，或优秀，或有特色，或有争议的虚拟机实现也值得我们了解，一起来简单的回顾Java虚拟机家族的发展轨迹和历史变迁。
虚拟机始祖：SUN Classic/Exact VM
有世界上第一款商用虚拟机的头衔。
1996年1月23日，Sun发布JDK 1.0，Java语言首次拥有了商用的正式运行环境，这个JDK中所带的虚拟机就是Classic VM。
JDK1.2 以前Classic VM是唯一的虚拟机
JDK1.2 与HotSpot并存，默认还是HotSpot
JDK1.3 HotSpot上位,Classic VM为替补
JDK1.4 Classic VM退出历史的舞台
HotSpot
它是Sun/OracleJDK和OpenJDK中的默认Java虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。
得益于Sun/OracleJDK在Java应用中的统治地位，HotSpot理所当然地成为全世界使用最广泛的Java虚拟机，是虚拟机家族中毫无争议的“武林盟主”。
Mobile/Embedded VM
Sun/Oracle公司所研发的虚拟机可不仅包含前面介绍到的服务器、桌面领域的商用虚拟机，面对移动和嵌入式市场，也有专门的Java虚拟机产品。
BEA JRockit/IBM J9 VM
JRockit虚拟机曾经号称是“世界上速度最快的Java虚拟机”
它是BEA在2002年从Appeal Virtual Machines公司收购
获得的Java虚拟机。BEA将其发展为一款专门为服务器硬件和服务端应用场景高度优化的虚拟机，由于专注于服务端应用，它可以不太关注于程序启动速度，因此JRockit内部不包含解释器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行。除此之外，JRockit的垃圾收集器和Java Mission Control故障处理套件等部分的实现，在当时众多的Java虚拟机中也处于领先水平。JRockit随着BEA被Oracle收购，现已不再继续发展，永远停留在R28版本，这是JDK 6版JRockit的代号。
1996年1月23日 Sun公司发布了JDK1.0 商用的正式运行环境，比失忆还大几个月。这20多年会有什么是一成不变的吗?新闻联播都发生了改变。
JVM也有很多产品，只有取其它产品优点于一身的强者活了下来。想更详细的了解JVM的家族，文章最后有我二维码，加我微信，发你电子版周志明的《深入理解Java虚拟机》第三版。
概述
对于Java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对 的delete/free代码，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，看起来由虚拟机管理内存一切都很美好。不 过，也正是因为Java程序员把控制内存的权力交给了Java虚拟机，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问 题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那排查错误、修正问题将会成为一项异常艰难的工作。
运行时数据区域
数据区域分为线程共享和线程私有，相信聪明的你从颜色就能看出来了吧。
什么，看不出来？好吧，等长大后就知道了。
程序计数器
程序计数器(Program Counter Register) 是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在Java虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是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，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的命令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为**“线程私有”**的内存。
如果线程正在执行的是一个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；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器的值为空。
此内存是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfmEMORY Error情况的区域。
Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈(Java Virtual Stack)也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会有同步创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出库等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出站的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、
float、long、double）、对象引用（reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
Java虚拟机栈规定了两类异常状况：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；
- 如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机
栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本（Native）
方法服务。
本地方法栈同虚拟机栈一样，也规定了两类异常状况：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；
- 如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
Java堆
Java堆是虚拟机所管理的最大的一块内存。Java堆是所有线程共享的内存，在虚拟机启动创建时，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，也因此被称为“GC堆”。由于现代垃圾收集器大部分都是基于分带收集理论设计的，堆内存被分为新生代，老年代，永久代。
如果从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区
（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。不过无论从什么角度，无论如何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩
展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。
-Xmx：用来设置你的应用程序能够使用的最大内存数
-Xms：用来设置程序初始化的时候内存栈的大小
方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载
的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。虽然《Java虚拟机规范》中把
方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作**“非堆”（Non-Hea）**，目的是与Java堆区分开来。
JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta-space）来代替。
运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），用于存放译期生成的各种字面量与符号引用，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。
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
直接内存
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但这部分内存也被频繁使用，导致OutOfMemory Error异常出现。
在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
吃不了自律的苦，就得受平庸的罪。
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我是失忆，不善言辞又感性的一个人。我们下期见。