Java虚拟机(一)——基础

前言

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学习java时，java虚拟机无疑是我们需要了解的较重要的一部分内容，这篇文章主要目的通过简单的例子来串讲关于java虚拟机各部分之间的关系以及作用。

1.JVM虚拟机组成

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如下图所示，JVM由运行时数据区、以及类装载子系统、字节码执行引擎以及本地方法库(图中未画出)组成。而运行时数据区中包括堆、方法区(元空间)、虚拟机栈(也称栈或线程栈)、本地方法栈和程序计数器。

image.jpg

其中紫红色部分的栈、本地方法栈、程序计数器等是私有的，各线程使用时会独立的为其分配内存空间。而黄色部分的堆、方法区等区域的空间是各线程共享的。

2.示例

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public class Demo {

    public static final int A = 123;
    public static User user = new User();
    public int compute(){
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a + b;
        return c;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        demo.compute();
        System.out.println("DONE");
    }
}

示例相对于比较简单(示例图参照下图)，

image.jpg

• 首先通过类加载器加载编译好后的Demo.class字节码文件；
• 在main方法执行时，JVM会在线程栈中为main线程开辟一个独立栈内存空间,同样也会分配程序计数器部分的独立内存空间给线程main，作为该线程执行的程序计数的内存空间；
• 由于每个方法在执行时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。所以在main方法执行时，会为main方法创建一个栈帧，其中局部变量中有demo示例对象的地址引用；
• 在main方法运行到demo.compute()这段代码时，因其调用了方法compute，为此JVM会在main线程的线程栈中创建compute()方法的栈帧；
• 在运行 int a = 1; int b = 2;后，会分别将这两个变量存储到局部变量表中；
• 在执行 int c = a + b;过程中，首先会分别将保存在局部变量表中的a与b的值分别压入操作数栈，然后弹出操作数栈中的两个栈顶元素(此处因为只有两个值,即1和2)做加法操作，并将结果压入操作数栈，最后将操作数栈的结果赋值给局部变量表中的c变量中；
• compute()方法中的方法出口会保存main方法中执行到的代码行数；
• 而由于方法区存储的是常量、静态变量与类信息，所以示例代码中的静态常量A以及静态变量对象user都存储在方法区中；
• 堆中存储的主要是对象实例和数组，而示例代码中的两个实例对象user与demo都存放在堆中，由于堆一般情况下分配的内存空间是最大的，往往做JVM调优时都是对堆内存做调优。后续会单独出一篇关于堆中的垃圾回收机制，以及基于堆做JVM调优简单示例。

另外，本地方法 ：简单地讲，一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。java代码中会去调用C等操作系统底层代码(dll文件类似于jar包)。

而本地方法栈：分配本地方法调用时要使用的内存空间。线程需要使用时，都会为线程分配独立的本地方法调用过程中需要使用的内存空间。

3.小结

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本文主要是通过示例简单串联了各部分的作用，目的是为了避免大家死记硬背JVM中的概念，便于理解。如有错，望指出。