JVM(一)JVM的基本结构

JVM基本结构

一 JVM基本结构示意图

二 JVM结构详解

一 程序计数器

　　程序计数器是一块较小的内存空间，它是当前线程所执行的字节码的行号指示器，如果线程执行的是一个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，如果是一个Native方法，则这个计数器的值为空（Undefined）. 
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器的执行时间来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器都会执行一条线程中的指令，因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的线程计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域为“线程私有”的内存。

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二 虚拟机栈（Virtual Machine Stacks）

　　Java虚拟机栈与程序计数器一样，是线程私有的，它的生命周期与线程相同，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用于存储局部变量表、操作数栈，动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表：

1 存放基本数据类型 
　　byte、shot、int 、boolean、double、char 占用一个局部变量空间 float、long 占用两个局部变量空间 
2 对象引用 
　　reference类型，他不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的一用指针，也可能是指向一个对象的句柄或其他与此对象相关的位置 
3 returnAddress类型 
　　指向了一条字节码指令的地址

两种异常情况：

1 StackOverFlowError 
　　线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度 
2 OutOfMemoryError 
　　如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出此异常

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三 本地方法栈（Native Method Stack）

　　本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用是非常相似的，区别是虚拟机栈为执行Java方法服务，本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务，与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

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四 堆（Heap）

　　Java堆是虚拟机管理的内存中最大的一块，这块内存空间是被所有线程共享的。 此内存区域的作用是存放对象实例，几户所有的对象实例都在这里分配内存。它是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。 
Java堆可以处在物理上不连续的空间中，只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

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五 方法区（Method Area）

　　方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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。 Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。 当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

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六 运行时常量池（Runtime Constant Poll）

　　运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Poll Table）,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。 
运行时常量池是方法区的一部分，收到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

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七 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Java虚拟机规范定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁的使用。 JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Nitive堆中来回复制数据。 它会收到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括屋里的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。