JDK体系及JVM架构详解

JDK，JRE，JVM等基础概念

• 我们通常所说的JDK，其实是指Java开发包，里面包含Java开发用到的工具集。

JDK(Java DevelopmentToolKit)

• 包含了Java运行环境（JRE）和开发工具（编译器，调试器，javadoc等）。我们就是依靠JDK来开发和运行Java程序的。
• JDK的编译器Javac[.exe]，会将Java代码编译成字节码(.class文件)。编译出的字节码在任何平台上都一样的内容，所以我们说Java语言是门跨平台语言。Writeonce, run anywhere。

JRE(Java Runtime Environment)

• 它为Java提供了运行环境，其中重要的一环就是通过JVM将字节码解释成可执行的机器码。
  JRE由JVM，Java运行时类库，动态链接库等组成。

• JVM(Java Virtual Machine)，Java虚拟机，可以看做是一台抽象化的计算机，它有一套完整的体系架构，包括处理器、堆栈、寄存器等。

• 在运行时环境，JVM会将Java字节码解释成机器码。机器码和平台相关的（不同硬件环境、不同操作系统，产生的机器码不同），所以JVM在不同平台有不同的实现。目前JDK默认使用的实现是Hotspot VM。

栈 (线程)

• 每当启动一个新线程的时候，java虚拟机都会为它分配一个java栈。
  java栈主要用来存储局部变量，如下图当执行main方法时，就启动了一个线程，
  java虚拟机都会为它分配一个栈内存区域用来存储局部变量a,b,c

栈帧

• java以栈帧为单位保存线程的运行状态。虚拟机只会对java栈执行两种操作：
  以栈帧为单位的压栈或者出栈。一个方法对应一块栈帧内存区域，栈帧遵循栈的
  先进后出原则FILO

• 栈帧主要由以下几部分组成

1. 局部变量表
2. 操作数栈
3. 动态链接
4. 方法出口

局部变量表和操作数栈详解

• 局部变量表：存放局部变量，如a=1,b=2
• 操作数栈：临时存放操作数

javap-c命令 可以对代码进行反汇编，生成可读JVM字节指令码


以上compute方法对应的JVM指令码如下

查询JVM指令手册可知
iconst_1 将int类型常量1压入栈
istore_1 将int类型值存入局部变量1
在局部变量表给a分配内存区域，将操作数栈1的值赋给a


iconst_2 将int类型常量2压入栈
istore_2 将int类型值存入局部变量2
在局部变量表给b分配内存区域，将操作数栈2的值赋给b

iload_1 从局部变量1中装载int类型值
iload_2 从局部变量2中装载int类型值

iadd 执行int类型的加法
从操作数栈顶弹出1和2，相加，并将结果3重新压回操作数栈


bipush 将一个8位带符号整数压入栈
bipush 10 将10压入操作数栈

imul 执行int类型的乘法
从操作数栈顶弹出10和3，相乘，并将结果30重新压回操作数栈

istore_3 将int类型值存入局部变量3
在局部变量表给c分配内存区域，将操作数栈30赋给c

iload_3 从局部变量3中装载int类型值
ireturn 从方法中返回int类型的数据
返回局部变量c的值

堆和栈的关系

• 栈存的是new在堆中对象的指针
• main()方法栈帧，math局部变量是new出来的，new出来的对象是存放在堆内存中，
  栈中math变量记录的是堆内存math对象的地址

方法区详解

1. 方法区主要用来存放常量，静态变量，类信息math.class
2. 对象的静态变量也是在堆中new出来，方法区存放的是对堆对象的引用/指针

以下两个变量就是放在方法区中

本地方法栈详解

1. 本地方法：有native修饰，由C语言实现，java跨语言调用C
2. 本地方法栈是本地方法运行时所需要的内存区域

堆内存详解

1. new出来的对象放到Eden中
2. Eden内存大小有限制，当new的对象过多放满时，java会调用字节码执行引擎 开启后台线程执行垃圾收集minor gc,处理垃圾对象
   
3. 垃圾对象如何查找，通过GC root根查找垃圾对象

• 非垃圾对象：如图GC Root对象(math,user),从栈中的math查找发现
  栈中的math是堆中的math的引用，然后在看看堆中math是否引用其它对象，直到对象没有引用其它对象，依次查找形成的琏条上的对象就是非垃圾对象，不能被回收，其它不在链条上的堆对象为垃圾对象

• 垃圾对象：假设main方法执行完，线程执行完了，Java虚拟机还没有结束，
  栈中的局部变量math不存在了，指针消失，math对象还存在堆里，
  此时堆中的math对象就是垃圾对象

4.将Eden中查找到的非垃圾对象复制到Suvivor存活区中的from,
剩余的垃圾对象一次性清理掉

当经历过一次minor gc后，复制到Suvivor存活区中的变量的分代年龄加一

随着程序的运行，更多的对象被创建，Eden会被放满，
下一次minor gc除了Eden会被回收，Survior的From区也会被回收

当Eden放满，Eden的存活对象和From区的存活对象会被复制到Survior的To区,
并且分代年龄加1

当Eden再一次放满，Eden的存活对象和To区的存活对象会被复制到Survior的From区,
并且分代年龄加1

随着Eden多次放满和多次GC后，来回流转，当对象的分代年龄达到15时还没被清理掉会被移到老年代，如静态变量，缓存，线程池，spring bean容器

随着程序的运行，老年代也会被放满，如下例子

老年代被放满会导致内存溢出

老年代被放满会先做一个full gc，尝试收集整个堆的内存，
如果没有什么垃圾对象可被回收，这时就会导致内存溢出OOM

容易触发堆内存溢出的代码

java虚拟机调优目的：减少STW (Stop The Work),减少full gc的次数和缩短full gc的时间