JVM基础详解

JVM基础解析（一）

Java里面有 JDK ,JRE, JVM ,这三者的关系是怎么样的呢？

JDK是编译时环境： 整个Java的核心，包括了Java运行环境JRE、Java工具和Java基础类库

JRE是运行时环境： Java virtual machine（JVM），runtime class libraries和Java application launcher

JVM是运行时环境：整个Java实现跨平台的最核心的部分，所有的Java程序会首先被编译为.class的类文件，这种类文件可以在虚拟机上执行。

JDK包含JRE,JRE包含JVM。

关系如下图：

JVM解析

JVM内存结构如下图：（绿色标记的堆与方法区为线程共享区，所有线程安全问题都是从这儿引发的； 黄色标记区为线程独享区，和线程安全问题无关）

程序计数器(Program Counter)，Java堆(Heap)，Java虚拟机栈(Stack)，本地方法栈(Native Stack)，方法区(Method Area)

>> 程序计数器(Program Counter)

　　主要执行指令

　　每个Java类编译后都会生成一个 *.class文件，例如我定义一个 App.java类，内容如下：

　　App.java

package com.imodule.dataImport;

public class App {

	public int add(){
		int a = 11;
		int b = 22;
		int c = (a+b)*10;
		return c;
	}

	public static void main(String[] args) {
		App app = new App();
		int result  = app.add();
		System.out.println("result = "+result);
	}

}

　　生成的对应的App.class文件内容如下：(这些内容我们看不懂哈哈哈哈，所以下面会使用javap命令来分解)

　　App.class

漱壕   4 ;

 # $
  #
  %	 & ' (
  # )
  *
  +
  ,
 - . / <init> ()V Code LineNumberTable LocalVariableTable this Lcom/imodule/dataImport/App; add ()I a I b c main ([Ljava/lang/String;)V args [Ljava/lang/String; app result
SourceFile App.java   com/imodule/dataImport/App   0 1 2 java/lang/StringBuilder 	result =  3 4 3 5 6 7 8 9 : java/lang/Object java/lang/System out Ljava/io/PrintStream; append -(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; (I)Ljava/lang/StringBuilder; toString ()Ljava/lang/String; java/io/PrintStream println (Ljava/lang/String;)V !
             /     *??                              c     <=`
h>?
 	    *
     	       q     '?Y?L+?=??Y??	?
???          

  &          '
       !    "

　　　我们在windows打开cmd命令窗口，进入App.class文件存在的目录。（我的目录在这里： dataImport\target\classes\com\imodule\dataImport\App.class ，其中开始的 dataImport是我的项目名）

　　   使用命令 javap -c App ，就会在下方输出指令信息

　

　　我们可以用一个文件接收输出内容 ，这里将内内容存储在同级目录的 App.txt下

　

　　最后 Apptxt文件中就会出现 程序计数器需要执行的指令啦(我们会发现指令是按大小顺序排列的，但是不是递增的)

　　App.txt

Compiled from "App.java"
public class com.imodule.dataImport.App {
  public com.imodule.dataImport.App();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int add();
    Code:
       0: bipush        11
       2: istore_1
       3: bipush        22
       5: istore_2
       6: iload_1
       7: iload_2
       8: iadd
       9: bipush        10
      11: imul
      12: istore_3
      13: iload_3
      14: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class com/imodule/dataImport/App
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method add:()I
      12: istore_2
      13: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      16: new           #6                  // class java/lang/StringBuilder
      19: dup
      20: invokespecial #7                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      23: ldc           #8                  // String result =
      25: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      28: iload_2
      29: invokevirtual #10                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      32: invokevirtual #11                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      35: invokevirtual #12                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      38: return
}

　这里我们就来讲一下指令， add()方法里面的指令执行过程：

public int add();
Code:
0: bipush 11   # 将常量 11 压入栈中 （当int取值-1~5采用iconst指令，取值-128~127采用bipush指令，取值-32768~32767采用sipush指令，取值-2147483648~2147483647采用 ldc 指令。）
2: istore_1    # 将数值 11 从操作栈中取出，存储到局部变量 a
3: bipush 22  # 将常量 22 压入栈中
5: istore_2  # 将数值 22 从操作栈中取出，存储到局部变量 b
6: iload_1   # 将局部变量 a 加载到操作栈
7: iload_2   # 将局部变量 b 加载到操作栈
8: iadd  # 执行加运算  局部变量a+b, 结果为33
9: bipush 10 # 将常量10压入栈
11: imul  # 执行乘运算，(a+b)*10,结果为 330
12: istore_3 # 将计算结果 330从栈中取出，存储到局部变量 c
13: iload_3 # 将局部变量 c 加载到操作栈
14: ireturn # 将结果值返回

>>Java堆(Heap) 先进先出

　　存储对象

　　实例变量、new出来的对象、数组等信息

　　关于JVM内存的分配图：(其中永久代为方法区)

　　堆内存中垃圾回收机制回收过程分析~

　　首先对象会存储堆内存的 年轻代的 Eden区，

　　进行垃圾回收后 存活的对象会移到 Survivor 去的 From, (From 和 To会一直有一个空间为空，用于来回复制存活对象 大概移动15~16次)

　　存活的对象会进入老年代

　　

　　关于GC：

　　虚拟机在进行MinorGC（新生代的GC）的时候，会判断要进入OldGeneration区域对象的大小，是否大于Old Generation剩余空间大小，如果大于就会发生Full GC。

　　刚分配对象在Eden中，如果空间不足尝试进行GC，回收空间，如果进行了MinorGC空间依旧不够就放入Old Generation，如果OldGeneration空间还不够就OOM了。

　　虚拟机中存在三种垃圾回收现象，minor GC、major GC和full GC。对新生代进行垃圾回收叫做minor GC，对老年代进行垃圾回收叫做major GC，同时对新生代、老年代和永久代进行垃圾回收叫做full GC。

>>Java虚拟机栈(Stack) 后进先出 First in last out

　　存储栈帧

　　栈帧包括 局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口

　　方法存储在栈里面，一个方法对应一个栈帧。

　　递归方法,就是自己调用自己，会有N个栈帧存储在栈中，且都符合后进先出的规则。 如果是个死循环就会出现栈溢出： Stackoverflow ................

>>本地方法栈(Native Stack)

　　JNI(Java Native Interface)

　　本地方法栈，使用native修饰的方法，是指Java调用非Java代码的接口，方法是由非Java语言实现。

　　DLL（Dinamic Link Library）: 动态链接库文件

>>方法区(Method Area)

　主要存放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

（比如spring 使用IOC或者AOP创建bean时，或者使用cglib，反射的形式动态生成class信息等）。

ProcessOn绘图工具地址： https://www.processon.com/diagraming/5d254c70e4b0fdb331d8fa9e