组成

JVM

1、JVM的组成

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• Class loader（类加载）：根据给定的全限定类名将字节码 class 文件装载到运行时数据区域的 method area（方法区）中；

  Execution engine（执行引擎）：执行 class 中的指令；

  Runtime data area（运行时数据区）：这就是我们常说的 JVM 内存，也就是堆区和栈区；

  Native interface（本地接口）：与 native libraries 交互，也是与其它编程语言的交互接口。

2、运行时数据区的组成

• JVM 在执行 Java 程序时，会把其所管理的内存划分成多个区域，每个区域都有不同用途，每个区域的创建和销毁时间也不同。
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2.1 程序计数器

• 是一块较小的内存空间，可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

  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的，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此未来线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，故程序计数器是线程私有的。

  如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的则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 Native 方法，这个计数器则为空（undefined）。

  此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2.2 虚拟机栈（VM Stack）

• 和程序计数器一样，虚拟机栈也是线程私有的，且其生命周期与线程相同。

  在栈中，每执行一个方法前都会创建一个栈帧，来储存局部变量表、操作数栈、动态链接以及方法出口等信息。每个方法从调用到完成，就对应着栈中一个栈帧的压栈到弹出的过程。

  同时一个方法对应的栈帧中局部变量表所需内存空间早已在编译期间就分配完成，当进入一个方法，虚拟机栈对应压入一个栈帧，次栈帧局部变量表空间大小完全确定。

  在 Java 虚拟机规范中，对此区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出 Stack OverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.3 本地方法栈（Native Method Stacks）

• 与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native（非Java方法） 方法服务的。

  但在我们最常用的 HotSpot 虚拟机中,本地方法栈与 Java 虚拟机栈合二为一

2.4 堆（Heap）

• Java 堆是一块线程共享的内存区域，它在虚拟机启动时分配创建，它是 JVM 内存里最大的一块内存，但是它的目的只有一个：存放对象实例。

  但是随着 JIT 编译器的发展和逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配，标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也就变得不那么绝对了。

2.5 方法区（Method Area）

• 又被称非堆（Non-Heap），JVM 虚拟机规范中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，它与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

  但这部分区域又比较特殊，且虚拟机如何实现方法区不受虚拟机规范约束。比如 HotSpot 中，JDK 1.7 之前方法区为永久代，其垃圾回收受 Java 堆 GC 分代收集算法管理，1.7 将 String 常量池移入堆中，1.8 中永久代被完全移除，将类加载信息放入一个线程共享的元空间内。

2.6 直接内存（Direct Memory）

• 直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是 JVM 虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 出现。

  如 NIO 使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用，可以大幅度减轻堆的负担，提高虚拟机性能。

2.7 总结

• 1）JVM 的内存模型中一共有两个“栈”，分别是：虚拟机栈和本地方法栈。两个“栈”的功能类似，都是方法运行过程的内存模型。并且两个“栈”内部构造相同，都是线程私有。只不过虚拟机栈描述的是 Java 方法运行过程的内存模型；而本地方法栈是描述 Java 本地(Native)方法运行过程的内存模型。

  2）JVM 的内存模型中一共有两个“堆”，一个是原本的堆，一个是方法区。方法区本质上是属于堆的一个逻辑部分。堆中存放对象，方法区中存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码。

  3）堆是 JVM 中最大的一块内存区域，也是垃圾收集器主要的工作区域。

  4）程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是线程私有的。并且它们的生命周期和所属的线程一样。而堆、方法区是线程共享的，在 JVM 中只有一个堆、一个方法栈。并且在 JVM 启动的时候就创建，JVM 停止才销毁。

3、虚拟机栈帧的组成

https://blog.csdn.net/u012988901/article/details/100043857

• 局部变量表
  局部变量表(Local Variable Table）是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。在Java程序编译为Class文件时就在方法的code属性的max_locals数据项中确定了该方法所需要分配的局部变量表的最大容量。
• 操作数栈
  操作数栈(Operand Stack）也常称为操作栈，它是一个后入先出（Last In First out，LIFO）栈。同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入到code属性的max_stacks数据项中。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型，包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1，64位数据类型所占的栈容量为2。在方法执行的任何时候，操作数栈的深度都不会超过在maxstacks数据项中设定的最大值。
• 动态连接
  每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。Class文件的常量池中存有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用作为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用的时候就转化为直接引用，这种转化称为静态解析。另外一部分将在每一次运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接
• 方法的返回地址
  当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法。第一种方式是执行引擎遇任意一个方法返回的字节码指令，这时候可能会有返回值传递给上层的方法调用者（调用当前方法的方法称为调用者），这种退出方法的方式称为正常完成出口(Normal Method Invocation Completion）。另外一种退出方式是，在方法执行过程中遇到了异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理，无论是Java虚拟机内部产生的异常，还是代码中使用athrow字节码指令产生的异常，只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，这种退出方法的方式称为异常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion)。一个方法使用异常完成出口的方式退出，是不会给它的上层调用者产生任何返回值的。