JVM基本概念，java虚拟机的原理

JVM中发出的指令是经过操作系统，传递到硬件中。比如执行文件读写。

二、JVM的整体结构：

JVM的基本机构包括 1）类加载器 2）内存区(运行时数据区) 3）执行引擎 4）本地库接口

1）类加载器

ClassLoader 负责class文件的加载，class文件的开头有特定的标识。classloader只是负责class文件的加载，至于是否可以运行，要通过执行引擎去决定。

1、启动类加载器(Bootstrap) C++

2、扩展类加载器(Extension) Java /ext

3、应用程序类加载器(AppClassloader) 加载当前应用的classpath下的所有类。

用户自定义类加载器： (双亲委派模式)

java.lang.ClassLoader 的子类，用户可以自定义类的加载方式。

2）执行引擎 (Execution Engine)

执行引擎，负责解释命令，提交操作系统执行。

3）JVM内存区(运行时数据区)：

1、方法区(Method Area)

方法区是被所有的线程共享。方法区存储了每个类的信息(类的名称，方法信息，字段信息)、静态变量，常量池，以及编译后的代码。

Hotspot虚拟机中，方法区是存在永久代中的。

方法区中存放的是类的字节码内存块。

类信息

修饰符(public final)

是类还是接口(class , interface)

类的全限定名(package.A.class)

类的直接父类的全限定名称(package.Parent.class)

类的直接父接口的全限定名数组(java/io/Serializable)

字段信息

修饰符：(private, public)

字段类型：(java.lang.String)

字段名称：(name)

类似：private String name;

方法信息

修饰符 (private, public static final)

返回值 (java/lang/String.class)

方法名称 (getMethod)

参数用的局部变量的大小以及操作栈的大小

异常表 (throws Exception)

方法体 (方法内容)的字节码

常量池

直接常量(各种基本数据类型的常量池) public final int age=12; public final String name=‘’;

方法名、方法描述符、类名、字段名，字段描述符的符号引用

静态变量

静态字段：public static String name=’’

一个到类加载器(classloader)的引用

存储了加载了自己的class(A.class)的ClassLoader的引用。ClassLoader的实例，存放在jvm的堆中。

虚拟机在加载class的时候，会在方法区字节码中存在一个指向加载自己的classloader的引用。

一个class对象的引用

ClassLoader加载这个类的时候，从磁盘上将a.class加载到jvm的方法区，方法区中的字节内存块，会在new 的时候使用。然后在内存 堆中生成一个a的字节码对象。在方法区的字节码中存在一个指向堆的class对象的引用。

一个指向被当前类的字节码实例的对象(堆空间)的引用。

方法表

这个类的所有的实例可能被调用的所有实例方法的直接引用。

2、Java栈区(VM stack)

（1）栈内存是线程独享的。

（2）是在创建线程的时候创建。他的生命周期，随线程的生命周期。线程结束，栈的内存也就释放了。生命周期跟线程一致。

（3）8种基本类型的变量，对象的引用变量，实例方法

（4）栈存储本地变量(输入参数，输出参数，方法内的局部变量) 栈操作(记录出栈，入栈的操作)

在启动一个线程的时候，jvm虚拟机就会为每一个线程分配一个栈空间，栈空间是有一个一个的栈帧组成的 (栈帧是栈空间的最小单元，一个栈帧代表一个执行的方法)。

当前线程当前执行的某个方法叫做当前方法，当前

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方法使用的栈帧叫做当前栈帧，当前方法使用的类叫做当前类，当前类的常量池叫做当前常量池。线程在执行一个方法时会监控当前类以及当前类的常量池。

当线程调用一个java方法的时候，jvm就会在当前线程的栈中压入一个栈帧。执行这个方法时，用这个栈帧存储参数，局部变量，中间运算结果等。

java中的方法以两种方式结束，一种正常返回return，一种通过抛出异常。两种方式返回时，jvm就会将当前栈帧弹出释放掉，上一个栈帧就是当前栈帧(栈帧中会记录上一个栈帧的地址以及下一个栈帧的地址)。

栈空间是线程独有的，其他线程是不能访问的。

JVM栈空间包含三部分(局部变量表，操作数栈，帧数据区)

局部变量表：

包括参数和局部变量以及中间变量。

局部变量是一个以字长为单位的数组，数组长度从0开始。类型 short, byte, char在存储之前要转换成int值。而double, long类型的值占两个字长，一个字长占4个字节。

调用一个方法时，从他的类型信息中得到此方法(栈帧)局部变量区和操作数栈的大小，并根据此分配内存。

如上图，将参数以及局部变量压入局部变量表(数组)中，如果在执行过程中产生中间变量，同样也压入局部变量数组中。

特别注意：如果是非静态方法，局部变量数组中的0位是当前对象的引用

操作数栈：

操作数栈也被分配位一个以字长为单位的数组。和局部变量数组不同的是不是通过索引来进行访问的，而是通过入栈和出栈进行访问。

如下举例：

（1）先把 a=100压入栈。

（2）再把 b=98压入栈。

（3）执行a+b，将a,b两个数值出栈，并把执行结果198压入栈。

（4）把中间变量执行结果存入局部变量数组中。

动态链接：

栈帧 内部包含一个 指向运行时常量池的引用，用来支持当前方法的执行。

class文件中的常量存在大量的符号引用(标识常量)，这些引用在类加载阶段，或者在第一次使用的时候转换成直接引用(指向数据所存的堆中的地址的指针)，这种转换称为静态链接。另外一部分在运行期间才转换成直接引用，这一部分叫做动态链接。

返回地址区(也称作帧数据区？？？？？)：

主要为了存放方法方法返回的信息。

1、执行引擎在执行过程中，遇到方法返回的字节码指令，这时候就有可能将返回值返回给上层的调用者(调用栈帧)，具体是否有返回以及返回的类型，根据方法返回的字节码来决定。这种退出为正常退出。

2、执行引擎执行的过程中，遇到异常，并在在方法处无法处理(在异常处理匹配表中找不到匹配的异常处理器)，这种情况是不会有返回值给上层，这种情况为异常退出。

3、无论是正常退出，还是异常退出，都需要回到调用栈帧继续执行，方法返回时需要在栈帧中保存一些信息(包含正常返回信息，异常返回信息)帮助上层帧恢复执行状态。

4、如果方法有返回值时，更新调用栈帧的操作数栈以及局部变量的表，进行压栈和出栈的操作。并更新pc寄存器的地址指向，执行方法调用的下一条指令。

调用栈以及被调用栈的引用

3、堆区(Heap)

堆在逻辑上分为：新生代，老年代，永久代(方法区，元空间)

1、JVM分为堆内存和非堆内存，堆内存分为老年代和年轻代，堆内存分为新生代(YoungGen)和老年代(OldGen)。非堆只有一个永久代(Permanent Generation)。

2、年轻代又分为新生区(Eden伊甸园区)和幸存区(Survivor)。幸存区又是由FromSpace和ToSpace组成。 Eden区占主要容量，Survivor占少量。默认比例是8:1:1

3、堆内存的用途：存放对象，垃圾收集器就是收集的这些对象，然后根据GC算法进行回收。

4、永久代，非堆内存：也称为方法区，存储类的元信息(类定义，属性，常量池，方法定义等)。

堆内存描述：

在JDK1.8中废除了永久代的概念，而使用元空间替代(MetaSpace)，元空间和永久代类似，都是方法区的存储空间。他们最大的区别是元空间不在JVM中，而是使用的本地内存。

元空间有两个参数：

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