这是一篇你能看懂 Java JVM 文章

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了这是一篇你能看懂 Java JVM 文章，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含9054字，纯文字阅读大概需要13分钟。

内容图文

一、认识Java环境

在讲 JVM 之前，先讲讲 JDK、JRE和 JVM 的关系，如下面这张图(图片来自百度图片)：

可以看到他们的包含关系是 JDK>JRE>JVM

• JDK ：jdk是支持 JAVA程序开发的最小环境，集成了JRE和一些工具包，如 javac，jar等；比如一个可运行jar，你就需要安装了jdk，才能运行起来
• JRE ：是Java运行时的标准环境，除了JVM的环境还有一些基本的JAVA库，比如界面的 swing、I/O等

JVM：熟称Java虚拟机，也叫运行时数据区域，是保证跨平台的基本，因为 jvm 只认识字节码，只要linux、window、mac 有jvm 都是可以编译执行的；当然它还有一个

而这里，我们就需要讲解 JVM 这个 运行时数据区域的分布了，如下图(图片来自百度图片，稍微修改了一点)：

上面解释了一个java程序是怎么运行的，其中 内存空间这里，就是 JVM 了；

• 线程共享区 ：即程序运行时，数据在各个线程之间是共享的，比如某个方法，某个类，还有一些运行时常量
• 线程私有区 ：各个线程之间的数据是独立的，比如多线程的数据

为了方便解释，这里的顺序不会像上图那里的顺序来；

二、线程私有区

2.1、程序计算器

首先先了解程序计算器，线程(UI线程)中程序语句的执行都离不开它，对它的解释如下：

1. 是一块较小的内存存于，可以看做当前线程执行字节码时的行号指示器
2. 程序的运行，比如跳转、循环等指令，就是通过改变计算器的数值，来选取下一条需要执行的字节码指令
3. 多线程时，每个线程的程序计算器都是独立的，相互不干扰，独立储存；即记录每次线程的位置，方便下次线程切换过来，知道上次线程的运行到哪了

2.2 虚拟机栈

结合方法去中的一些变量和常量去理解会比较好
复制代码

虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期相同；它对应着线程的内存模式，每个 方法 在执行的时候，都有一个 栈帧 用于存储局部表，操作数栈、动态链接、方法出口等信息；每个方法的执行，都对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈，如下图(网上找的,当时保留的，具体哪位的有点忘了，看到可以联系我)

局部变量表：

• 存储了编译器存放着各种基本数据类型(boolean、byte、char等)
• 对象引用类型，这里的对象不是对象本身，可能是对象的寻址指针，也可能是句柄或者相关位置
• returnAddress 类型，指向了一条字节码指令的地址

当进入一个 方法 时，这些 变量在帧中分配的内存大小时固定的，在运行时不会改变局部变量表的大小 。针对这个区域，规定了两种异常情况

• 如果虚拟机不支持动态扩展，当线程请求的栈大小大于虚拟机规定的大小时，抛出 StackOverflowError
• 如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时，无法申请到足够的内存，抛出 OutOfMemoryError

操作数栈：

操作数栈，也可以称做操作栈，它可以是 Java 的任意类型，在数据提取时入栈和出栈，比如 int a = 1 + 2;在把1,2入到这个操作的栈的时候，也会把1,2提取出来，再分配给 a； 动态连接：

可以这样理解，比如线程中的一个A方法，在类加载的时候，它只是一个符号引用，在运行期间，转换为直接引用，这种称为动态连接，关于符号引用，后面会说道。 方法出口： 其实就是返回地址，当方法执行完毕或者手动退出时，就出栈了，用来记录一些信息，比如恢复局部变量等信息

2.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用非常相似；只不过虚拟机栈执行的是 java 的字节码服务，而本地方法栈执行的是 Native 方法服务； 本地方法栈同样会穿件栈帧，如局部变量表、操作栈等信息，同时也有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常

三、线程共享区

3.1 Java 堆：

是Java虚拟机锁管理的内存中最大的一块，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，几乎所有的对象实例都是在这分配内存的； Java 堆是内存回收的主要区域，也叫 GC 堆；根据规定，Java堆的物理地址可以是不连续的，只要保证逻辑上是连续的即可。由于Java 堆基本采用分代手机算法，所以也可以分为：新生代和老年代；再细致分，也可以分为 Eden空间，From Survivor 空间、To Surivivor 空间等涉及到的GC回收算法，后面再开章节介绍。

3.2 方法堆

方法堆也是线程共享的一个区域块，它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区规定为 Java 堆的一个逻辑模块，但它还有一个方法，叫 Non-Heap (非堆) ，目的就是为了和 Java堆区分开来

3.2.1 运行时常量池

运行时常量池，其实算方法区的一部分。Class文件中除了有 类的版本、字段、方法、接口等信息外；还有一项信息就是常量池，用于存放编译期生成的字面量和字符引用，如下图： (图片来源 blog.csdn.net/wangbiao007… )

四、直接内存

在JDK1.4中，新增加了一个 NIO（New Inout/Outinput）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 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样在一些场景中能够显著提升技能，避免了数据再 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，常见的通道类型有：

• FileChannel：从文件中读写数据
• DatagramChannel：从UDP中读写数据
• SocketChannel：从TCP中读写数据
• ServerSocketChannel：用来监听 websocket 的连接

具体案例可以查找NIO的具体案例 直接内存，不是虚拟机运行时内存区的一部分，也不是Java规范中定义的内存区域。但既然是内存，如果 超过了 RAM 和 SWAP 寻址空间限制，还是会报OutOfMemoryError的 。

五、HotSpot 虚拟机对象探秘

上面了解了 JVM 的一些知识之后，那么一个对象的创建是怎么样的呢？对象的创建，可以分为以下几个步骤

类加载

当虚拟机遇到一个 new 指令的时候，会先去检测这个指令的参数是否能定位到这个类的符号引用，并检查这个类是否被加载、解释或初始化过。如果没有，则执行类加载 (后面新开一章解释)

内存分配

在类加载通过之后，虚拟机将为新生对象分配内存，对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，相当于从Java堆中抽取一块内存出来；而根据内存的是否绝对规整，分为 指针碰撞 和 空闲列表 两种分配方式：

• 指针碰撞：假设Java堆中的内存只绝对规整的，分为空闲和非空闲两种，中间用一个指针当做划分界限的指示器；当一个新对象需要分配对象时，相当于把指针向空闲区域移动一段与对象大小相等的距离
• 空闲列表：假设Java堆的内存不是绝对规整的，空闲和非空闲是相互交错的，那就需要一个列表，用来记录哪些内存块是可以用的，在对象分配内存时，划分一块大小相等的区域给对象，并更新这个列表

从上面的解释看，用哪种分配方式，是通过Java堆的内存块是否绝对规整决定的。

内存分配

但对象的创建是频繁的，在并发的情况，多线程不一定是安全的，即存在A对象在分配内存，指针还未来得及修改，B对象也同时使用了原来的指针来分配对象。所以又衍生了两种解决办法， CAS+失败重试 和 TLAB 两种方式

• CAS+失败重试：虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性 (关于CAS锁，是乐观锁的一种实现，解释起来也比较麻烦，可以参考这里： www.cnblogs.com/javalyy/p/8… )
• TLAB：本地线程分配缓冲，把内存分配的动作按照线程分配划分在不同的空间中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，哪个线程需要需要分配，先在 TLAB 中分配，用完了并重新分配新的TLAB时，才需要同步锁定。

初始值为零

在内存分配完成之后，虚拟机需要将分配到的内存空间初始化为零值 (除对象头外)，这一步操作也 保证了对象的实例字段在java代码中可以不赋初始值就可以使用，因为程序能访问这些字段的数据类型所对应的零值 。

设置对象头

初始值设置之后，怎么知道对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据信息、哈希码、GC分代年龄等信息呢？这就需要对对象头进行一些必要的设置，才能定位到，详细在5.2节介绍。

入栈，执行init指令：

从虚拟机来看，对象已经分配产生完成了，且入栈了；但 Java 程序来看，这才刚开始，所以，new 之后，则执行 init 方法，进行初始化。

5.2 对象的内存分布

上面讲解了对象在 虚拟机的分配之后，再扩展一下，对象在内存中是怎么分配的呢，对象在内存中的存储布局可分为 3个部分：

对象头

其中，对象头可以再细分为两部分：

• 存储对象自身的运行时数据 ：如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的、偏向线程ID等信息
• 类型指针 ：即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个来确定这个对象是哪个类的实例

实例数据

是对象真正储存的有效信息，比如程序中定义的各种类型的字段内容，无论父类和子类都会记录下来；在分配时，相同宽度的字段会被分配到一起，这也是父类定义的变量会出现在子类之前的原因。

对齐填充

没啥实际意义，只是为了保证对象是8字节的整数倍，没对齐时，用来补全而已。

5.3 对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，Java 程序需要通过栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象；但这些访问方式取决于虚拟机实现而定，目前主流有句柄和直接指针两种:

• 句柄 ：从Java 堆中划分出一块内存用来作为句柄池，reference 中存储的就是对象的句柄地址，而句柄包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息，如下图(图片来自Java虚拟机第三版)

  

• 直接指针在直接指针中，reference 储存的就是对象地址，所以，需要考虑的是如何防止访问类型数据的相关信息(图片来自Java虚拟机第三版)

  

优点介绍： 句柄 ：使用句柄好处是，reference中存放的是文档的句柄地址，对象被移动时，只改变句柄的实例数据指针，而reference 本身不需要修改 直接指针 ：使用直接指针的最大好处就是速度更快，节省了指针定位的开销；

最后

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内容总结

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