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JVM笔记

什么是Java虚拟机

简单的说，一个JVM是一个软件模块，用于执行Java应用的字节码，并且把字节码转化到硬件，操作系统的指令。通过这样做，JVM允许Java程序在第一次编写后，不需要更改原始的代码，就能在不同的环境中执行。Java的可移植性是通往企业应用语言的关键：开发者并不需要为不同平台重写应用代码，因为JVM负责翻译和平台优化。

一个JVM基本上是一个虚拟的执行环境，作为一个字节码指令机器，而用于分配执行任务和执行内存操作通过与底层的交互。

一个JVM同样为运行的Java应用管理动态资源。这就意味着它掌握分配和释放内存，在每个平台上保持一致的线程模型，在应用执行的地方用一种适于CPU架构的方式组织可执行的指令。JVM把开发人员从需要跟踪对象的引用和存活时长中解放出来。同样的它不用我们管理何时去释放内存——一个像C语言那样的非动态语言的痛点。

你可以把JVM当做是一个专门为Java运行的操作系统；它的工作是为Java应用管理运行环境。一个JVM是一个通过与底层交互的虚拟执行环境，作为一个字节码指令机器，而用于分配执行任务和执行内存操作。

JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的

Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域

JRE/JDK/JVM

  • JRE(JavaRuntimeEnvironment，Java运行环境)，也就是Java平台。所有的Java 程序都要在JRE下才能运行。普通用户只需要运行已开发好的java程序，安装JRE即可。
  • JDK(Java Development Kit)是程序开发者用来编译、调试java程序用的开发工具包。JDK的工具也是Java程序，也需要JRE才能运行。为了保持JDK的独立性和完整性，在JDK的安装过程中，JRE也是安装的一部分。所以，在JDK的安装目录下有一个名为jre的目录，用于存放JRE文件。
  • JVM(JavaVirtualMachine，Java虚拟机)是JRE的一部分。它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行。使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。

JVM

JVM执行程序的过程

  1. 加载.class文件
  2. 管理并分配内存
  3. 执行垃圾收集

JRE（java运行时环境）由JVM构造的java程序的运行环境，也是Java程序运行的环境，但是他同时一个操作系统的一个应用程序一个进程，因此他也有他自己的运行的生命周期，也有自己的代码和数据空间。JVM在整个jdk中处于最底层，负责于操作系统的交互，用来屏蔽操作系统环境，提供一个完整的Java运行环境，因此也就虚拟计算机。

操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成，通过下面4步来完成JVM环境：

  1. 创建JVM装载环境和配置
  2. 装载JVM.dll
  3. 初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例
  4. 调用JNIENV实例装载并处理class类

##JVM的生命周期##

JVM实例对应了一个独立运行的java程序，它是进程级别
JVM执行引擎实例则对应了属于用户运行线程，它是线程级别

  1. 启动。启动一个Java程序时，一个JVM实例就产生了，任何一个拥有public static void main(String[] args)函数的class都可以作为JVM实例运行的起点
  2. 运行。main()作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均由该线程启动。JVM内部有两种线程：守护线程和非守护线程，main()属于非守护线程，守护线程通常由JVM自己使用，java程序也可以表明自己创建的线程是守护线程
  3. 消亡。当程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出；若安全管理器允许，程序也可以使用Runtime类或者System.exit()来退出

##JVM体系结构##

JVM体系结构

##JVM运行时数据区##

JVM内存结构

###PC寄存器###

PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则PC寄存器中不存储任何信息。

###JVM栈###

JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址

###堆###

它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

JVM堆

  1. 堆是JVM中所有线程共享的，因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比较大的
  2. Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率，对于所创建的线程都会分配一块独立的空间TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根据运行的情况计算而得，在TLAB上分配对象时不需要加锁，因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配，在这种情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的，但如果对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配
  3. TLAB仅作用于新生代的Eden Space，因此在编写Java程序时，通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效。
  4. 所有新创建的Object都将会存储在新生代Yong Generation中。如果Young Generation的数据在一次或多次GC后存活下来，那么将被转移到OldGeneration。新的Object总是创建在Eden Space。

###方法区域Method Area###

  1. 在Sun JDK中这块区域对应的为PermanetGeneration，又称为持久代。
  2. 方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。

###运行时常量池Runtime Constant Pool###

存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。

###本地方法堆栈Native Method Stacks###

JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。

##JVM垃圾回收##

GC (Garbage Collection)的基本原理：将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停

  1. 对新生代的对象的收集称为minor GC
  2. 对旧生代的对象的收集称为Full GC
  3. 程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为Full GC。

###JVM对象的引用###

  1. 强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用（这个对象的实例没有其他对象引用，GC时才会被回收）
  2. 软引用：软引用是Java中提供的一种比较适合于缓存场景的应用（只有在内存不够用的情况下才会被GC）
  3. 弱引用：在GC时一定会被GC回收
  4. 虚引用：由于虚引用只是用来得知对象是否被GC

##source##