JVM运行流程

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JVM

  • [1. 运行流程](#1. 运行流程)
  • [2. 运行时数据区](#2. 运行时数据区)
    • [2.1 堆(线程共享)](#2.1 堆(线程共享))
    • [2.2 Java虚拟机栈(线程私有)](#2.2 Java虚拟机栈(线程私有))
    • [2.3 本地方法栈(线程私有)](#2.3 本地方法栈(线程私有))
    • [2.4 程序计数器(线程私有)](#2.4 程序计数器(线程私有))
    • [2.5 方法区(线程共享)](#2.5 方法区(线程共享))
  • [3. 数据内存区域划分](#3. 数据内存区域划分)

JVM 是 Java Virtual Machine 的简称,意为 Java虚拟机。
虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的、运⾏在⼀个完全隔离的环境中的完整计算机系统。

1. 运行流程

程序在执⾏之前先要把java代码转换成字节码(class⽂件),JVM ⾸先需要把字节码通过⼀定的⽅式--类加载器(ClassLoader) ,把⽂件加载到内存中运⾏时数据区(Runtime Data Area) ,⽽字节码⽂件是 JVM 的⼀套指令集规范,并不能直接交个底层操作系统去执⾏,因此需要特定的命令解析器执⾏引擎(Execution Engine),将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执⾏,⽽这个过程中需要调⽤其他语⾔的接⼝**本地库接⼝(Native Interface)**来实现整个程序的功能,这就是这4个主要组成部分的职责与功能。

JVM 主要通过分为以下 4 个部分,来执⾏ Java 程序的,它们分别是:

  1. 类加载器(ClassLoader)
  2. 运⾏时数据区(Runtime Data Area)
  3. 执⾏引擎(Execution Engine)
  4. 本地库接⼝(Native Interface)

2. 运行时数据区

JVM 运⾏时数据区域也叫内存布局,但需要注意的是它和 Java 内存模型((Java Memory Model,简称 JMM)完全不同,属于完全不同的两个概念,它由以下 5 ⼤部分组成:

2.1 堆(线程共享)

**堆的作⽤:**程序中创建的所有对象都在保存在堆中。

堆⾥⾯分为两个区域:新⽣代和⽼⽣代,新⽣代放新建的对象,当经过⼀定 GC 次数之后还存活的对象会放⼊⽼⽣代。新⽣代还有 3 个区域:⼀个 Endn + 两个 Survivor(S0/S1)。

垃圾回收的时候会将 Endn 中存活的对象放到⼀个未使⽤的 Survivor 中,并把当前的 Endn 和正在使⽤的 Survivor 清楚掉。

2.2 Java虚拟机栈(线程私有)

Java 虚拟机栈的作⽤: Java 虚拟机栈的⽣命周期和线程相同,Java 虚拟机栈描述的是 Java ⽅法执⾏的内存模型:每个⽅法在执⾏的同时都会创建⼀个栈帧(Stack Frame)⽤于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、⽅法出⼝等信息。

堆内存、栈内存中,栈内存指的就是虚拟机栈。

Java 虚拟机栈中包含了以下 4 部分:

  1. 局部变量表: 存放了编译器可知的各种基本数据类型(8⼤基本数据类型)、对象引⽤。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进⼊⼀个⽅法时,这个⽅法需要在帧中分配多⼤的局部变量空间是完全确定的,在执⾏期间不会改变局部变量表⼤⼩。简单来说就是存放⽅法参数和局部变量。
  2. 操作栈:每个⽅法会⽣成⼀个先进后出的操作栈。
  3. 动态链接:指向运⾏时常量池的⽅法引⽤。
  4. ⽅法返回地址:PC 寄存器的地址。

线程私有?

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执⾏时间的⽅式来实现,因此在任何⼀个确定的时刻,⼀个处理器(多核处理器则指的是⼀个内核)都只会执⾏⼀条线程中的指令。因此为了切换线程后能恢复到正确的执⾏位置,每条线程都需要独⽴的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独⽴存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

2.3 本地方法栈(线程私有)

本地⽅法栈和虚拟机栈类似,只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使⽤的,⽽本地⽅法栈是给本地⽅法使⽤的。

2.4 程序计数器(线程私有)

程序计数器的作⽤: ⽤来记录当前线程执⾏的⾏号的。

程序计数器是⼀块⽐较⼩的内存空间,可以看做是当前线程所执⾏的字节码的⾏号指⽰器。

如果当前线程正在执⾏的是⼀个Java⽅法,这个计数器记录的是正在执⾏的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执⾏的是⼀个Native⽅法,这个计数器值为空。

程序计数器内存区域是唯⼀⼀个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域!

2.5 方法区(线程共享)

方法区的作⽤: ⽤来存储被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的。

运⾏时常量池是⽅法区的⼀部分,存放字⾯量符号引⽤
字⾯量 : 字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。
符号引⽤ : 类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、⽅法的名称和描述符。

3. 数据内存区域划分

  1. 堆:存放new出来的对象(成员变量)
  2. 栈:存放方法之间的调用关系(局部变量)
  3. 方法区/元数据区:存放类对象(类加载之后,存放的位置)(静态变量)
  4. 程序计数器:存放每个线程,下一条要执行的指令的地址
    1、3是整个Java进程公用一份;2、4是每个线程都有自己的一份
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