深入理解java虚拟机（一）

       Java程序员除了需要写基本的业务代码外，服务性能调优的能力也是一个很重要的能力。谈到性能调优不得不让人首先想到的就是java虚拟机（JVM）相关的问题了。下面将会分几个专题介绍一下jvm相关的理论知识。

一、JVM内存模型

在Java中，JVM内存模型主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈。

图1 JVM内存模型

1.堆（Java Heap）

        对于java应用程序来说，Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块区域。Java堆是所有线程共享的一内存区域。Java中几乎所有的对象实例都在Java堆中分配内存。

        值得注意的一点是并不是所有的Java堆都是按照“新生代”，“老年代”等概念进行对象的管理的，但是业界主流的HotSpot虚拟机内部的垃圾收集逻辑都是基于这种分代回收来设计的。所以本文所描述的内容都是基于HotSpot虚拟机进行的。

       众所周知，堆被划分为新生代和老年代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Survivor和To Survivor组成。而随着java版本的更新，Java6、Java7和Java8对于堆内部的结构也有相应的变化。其中在Java6版本中，永久代在非堆内存区；到了Java7版本，永久代的静态变量和运行时常量池被合并到了堆中；而到了Java8，永久代被元空间取代了。结构如下图所示：

图2 堆内存结构

2.程序计数器

       程序计数器是一块比较小的内存空间，它的作用是可以当做当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工作时就是通过这个计数器的值来选取下一条需要执行的的字节码指令。由于Java虚拟机在运行过程中是多线程轮流切换执行的，所以为了能够找到线程切换后的执行位置，每一个线程都需要维护一个独立的程序计数器，所以程序计数器是线程私有的。

3.Java虚拟机栈

        虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型，每一个方法被执行的时候，在栈中都会创建一个栈帧用来存储方法中的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用的过程就对应一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。所以Java虚拟机栈也是线程私有的。在虚拟机栈中局部变量表存储着基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference）和returnAddress类型，其中对象引用并不是对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针也可能是一个指向代表对象的句柄或者是其他与对象有关的位置。

4.方法区

        与Java堆类似的，方法区也是各个线程共享的内存区域，它用来存放被虚拟机加载的类型信息、常量、静态信息、即时编译器编译后的代码缓存等信息，其中方法区有一个别名也叫“永久代”，其实这个说法是不合理的，因为仅仅HotSpot根据分代回收才喜欢把方法区称之为永久代。随着Java版本的迭代，到了Java7的时候，HotSpot已经将字符串常量池和静态变量移植到Java堆中去进行维护了。而由于方法区也存在OOM的问题，但是方法区的大小设定又很难有相关的经验可谈，所以到了Java8以后，直接将方法区剩下的内容移植到元空间中存取，从此就再也没有方法区的概念了。

5.运行时常量池

       运行时常量池是方法区的一部分，经过编译行程的class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息以外，还有一项信息是常量池表，用来存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容经过类加载以后就存放在方法去中的运行时常量池中。

下面举一个，看一下在方法调用过程中以及对象和方法是如何进行存储和工作的。

代码块

JVM在运行期间主要进行了如下的操作：

（1）根据JVM配置参数分配堆、栈以及方法区的内存大小,申请方法中所有的变量和对象对应的空间。class 文件加载、验证、准备以及解析，其中准备阶段会为类的静态变量分配内存，初始化为系统的初始值。

图3

（2）完成上一个步骤后，将会进行最后一个初始化阶段。在这个阶段中，JVM 首先会执行构造器 方法，编译器会在.java 文件被编译成.class 文件时，收集所有类的初始化代码，包括静态变量赋值语句、静态代码块、静态方法，收集在一起成为 () 方法。

图4

（3）执行方法。启动 main 线程，执行 main 方法，开始执行第一行代码。此时堆内存中会创建一个 student 对象，对象引用 student 就存放在栈中。此时在栈中就有了关于student对象实例的引用。同时在堆中会申请一块内存区域来存放student对象的数据。而栈中的引用会指向堆中的实际数据。

图5

（4）此时再次创建一个 JVMCase 对象，调用 sayHello 非静态方法，sayHello 方法属于对象 JVMCase，此时 sayHello 方法入栈，并通过栈中的 student 引用调用堆中的 Student 对象；之后，调用静态方法 print，print 静态方法属于 JVMCase 类，是从静态方法中获取，之后放入到栈中，也是通过 student 引用调用堆中的 student 对象。

图6

以上便是整个main方法在执行过程中JVM各模块的主要操作。

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