JVM基本结构

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JVM的基本组成部分

[类加载器子系统（Class Loader Subsystem）：](#类加载器子系统（Class Loader Subsystem）：)

[执行引擎（Execution Engine）：](#执行引擎（Execution Engine）：)

[垃圾回收器（Garbage Collector）：](#垃圾回收器（Garbage Collector）：)

[本地库接口（Native Interface）：](#本地库接口（Native Interface）：)

JVM的内存区域

[程序计数器（Program Counter Register）：](#程序计数器（Program Counter Register）：)

[Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks，又称Java栈）：](#Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks，又称Java栈）：)

[本地方法栈（Native Method Stacks）：](#本地方法栈（Native Method Stacks）：)

[堆（Heap Area）：](#堆（Heap Area）：)

[方法区（Method Area）：](#方法区（Method Area）：)

其他相关内存区域

[运行时常量池（Runtime Constant Pool）：](#运行时常量池（Runtime Constant Pool）：)

[直接内存（Direct Memory）：](#直接内存（Direct Memory）：)

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Java虚拟机（JVM，Java Virtual Machine）是Java程序执行的环境。JVM的结构复杂但有序，下面是对其结构的详细解析：

JVM的基本组成部分

JVM主要由以下几个部分构成：

类加载器子系统（Class Loader Subsystem）：

• 负责加载Java类文件到内存中。
• 包括三个主要的类加载器：引导类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。
• 类加载器采用双亲委派模型，以确保Java类的安全性和一致性。

执行引擎（Execution Engine）：

• 负责执行字节码。
• 包含解释器（Interpreter）和即时编译器（JIT Compiler）。解释器逐行解释执行字节码，而即时编译器则将热点代码编译为本地机器码，以提高执行效率。

垃圾回收器（Garbage Collector）：

• 负责自动管理内存，回收不再使用的对象。

本地库接口（Native Interface）：

• 允许Java程序调用本地代码，从而实现对系统资源的直接访问或使用现有的本地库。

JVM的内存区域

JVM在执行Java程序时，会在内存中分配不同的区域来存储数据。这些区域主要分为：

程序计数器（Program Counter Register）：

• 线程私有，作为当前线程的行号指示器，用于记录当前虚拟机正在执行的线程指令地址。
• 通过它实现代码的流程控制，如顺序执行、选择、循环、异常处理等。
• 是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域，其生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而结束。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks，又称Java栈）：

• 线程私有，由一个个栈帧（Stack Frame）组成。
• 每个栈帧中都拥有局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
• 每一次函数调用都会有一个对应的栈帧被压入虚拟机栈，每一个函数调用结束后，都会有一个栈帧被弹出。
• 局部变量表用于存放方法参数和方法内的局部变量。
• 可能出现StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

本地方法栈（Native Method Stacks）：

• 线程私有，用于支持Java调用本地方法（Native Method）。
• 与虚拟机栈的作用相似，但虚拟机栈为Java方法服务，而本地方法栈为本地方法服务。
• 也可能出现StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

堆（Heap Area）：

• 线程共享，用于存放对象实例和数组，是Java内存管理的主要区域。
• 可以细分为新生代（包括Eden空间、From Survivor、To Survivor空间）和老年代。
• 通过-Xms参数设定程序启动时占用内存大小，通过-Xmx参数设定程序运行期间最大可占用的内存大小。如果程序运行需要占用更多的内存，超出了这个设置值，就会抛出OutOfMemory异常。

方法区（Method Area）：

• 又称为永久代（Permanent Generation，在JDK 1.8之前使用），但在JDK 1.8中已被元空间（MetaSpace）取代。
• 线程共享，用于存储已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。
• 在JDK 1.8之前，方法区在JVM内存中，受JVM内存大小参数限制。而在JDK 1.8及之后，元空间直接在物理（本地）内存中实现，不再受JVM内存大小参数限制，但物理内存不足时仍可能报OOM。

其他相关内存区域

运行时常量池（Runtime Constant Pool）：

• 是方法区的一部分。
• 在类加载之后，会将编译器生成的各种字面量和符号引用放到运行时常量池。
• 在运行期间动态生成的常量，如String类的intern()方法生成的常量，也会被放入运行时常量池。

直接内存（Direct Memory）：

• 不是虚拟机运行时数据区的一部分，但在Java堆外，直接向系统申请的内存区域。
• 常见于NIO操作时，用于数据缓冲区（比如ByteBuffer使用的就是直接内存）。
• 分配、回收成本较高，但读写性能高。
• 不受JVM内存回收管理，但系统内存是有限的，物理内存不足时会报OOM。