Jvm运行机制原理

一：简介

在学习Java虚拟机之前，也就是Jvm之前，我想大家能够带着问题去学习，这样的话，大家学习起来也会比较有所获！
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1.Java虚拟机（Jvm）是什么？ 
2.Java虚拟机是用来干什么的？ 
3.Java虚拟机它的体系结构是什么样子的？ 
4.Java虚拟机在工作做扮演什么角色？ 
5.Java虚拟机在运行时数据区？

二：Jvm基础概念

Java虚拟机(Jvm)是可运行Java代码的假想计算机

Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。

在了解Jvm之前，大家可以先去了解下Java 中的堆和栈区别： 

1、概述

在Java中，内存分为两种，一种是栈内存，另一种就是堆内存。

2、堆内存

1.什么是堆内存？
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堆内存是是Java内存中的一种，它的作用是用于存储Java中的对象和数组，当我们new一个对象或者创建一个数组的时候，就会在堆内存中开辟一段空间给它，用于存放。

2.堆内存的特点是什么？
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第一点：堆其实可以类似的看做是管道，或者说是平时去排队买票的的情况差不多，所以堆内存的特点就是：先进先出，后进后出，也就是你先排队，好，你先买票。

第二点：堆可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

3.new对象在堆中如何分配？
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由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理

3、栈内存

1.什么是栈内存
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栈内存是Java的另一种内存，主要是用来执行程序用的，比如：基本类型的变量和对象的引用变量

2.栈内存的特点
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第一点：栈内存就好像一个矿泉水瓶，像里面放入东西，那么先放入的沉入底部，所以它的特点是：先进后出，后进先出

第二点：存取速度比堆要快，仅次于寄存器，栈数据可以共享，但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性

3.栈内存分配机制
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栈内存可以称为一级缓存，由垃圾回收器自动回收

4.数据共享
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例子： 
int a = 3; 
int b = 3;

第一步处理：
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1.编译器先处理int a = 3; 
2.创建变量a的引用 
3.在栈中查找是否有3这个值 
4.没有找到，将3存放，a指向3

第二步处理：
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1.处理b=3 
2.创建变量b的引用 
3.找到，直接赋值

第三步改变：
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接下来 
a = 4； 
同上方法 
a的值改变，a指向4，b的值是不会发生改变的

PS：如果是两个对象的话，那就不一样了，对象指向的是同一个引用，一个发生改变，另一个也会发生改变

4、栈和堆的区别

JVM是基于堆栈的虚拟机.JVM为每个新创建的线程都分配一个堆栈.也就是说,对于一个Java程序来说，它的运行就是通过对堆栈的操作来完成的。堆栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对堆栈只进行两种操作:以帧为单位的压栈和出栈操作。

差异
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1.堆内存用来存放由new创建的对象和数组。 
2.栈内存用来存放方法或者局部变量等 
3.堆是先进先出，后进后出 
4.栈是后进先出，先进后出

相同
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1.都是属于Java内存的一种 
2.系统都会自动去回收它，但是对于堆内存一般开发人员会自动回收它

三：Jvm

我们都知道Java源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，也就是前面所有的Java虚拟机中的字节码指令集….编译成特定机器上的机器码

也就是如下：

1.Java源文件—->编译器—->字节码文件

2.字节码文件—->Jvm—->机器码

每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的。这也就是Java为什么能够跨平台的原因了

当一个程序从开始运行一个程序，这时虚拟机就开始实例化了。多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭。则虚拟机实例消亡。多个虚拟机实例之间数据不能共享。

四：Jvm的体系结构

Jvm的体系结构入下图：

1、垃圾回收器
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垃圾回收器（又称为gc）：是负责回收内存中无用的对象（好像地球人都知道），就是这些对象没有任何引用了，它就会被视为：垃圾，也就被干掉了。

2、类装载子系统
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一听名字，大家就知道，肯定是用于操作我们编译好的.Class文件的系统，他作用如下：

1.定位和导入二进制class文件 
2.验证导入类的正确性 
3.为类分配初始化内存 
4.帮助解析符号引用

3、执行引擎（Execution Engine）
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执行包在装载类的方法中的指令，也就是方法

4、运行区数据
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如上图：虚拟机内存或者Jvm内存，冲整个计算机内存中开辟一块内存存储Jvm需要用到的对象，变量等，运行区数据有分很多小区，分别为：方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器

五：Jvm运行时数据区

1.程序计数器
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当前线程执行字节码的信号指示器，线程是私有的，它的生命周期和线程相同分支、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。

2.虚拟机栈
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Java虚拟机栈描述的是Java方法（区别于native的本地方法）执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动作链接、方法出口等信息。

线程私有，生命周期和线程相同，都有各个独立的计数器，各不影响。

每个方法被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从入栈到出栈的过程。

3.本地方法栈
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和虚拟机方法栈差不多类似，但是本地方法栈是服务于虚拟机所使用到的Native方法服务

4.本地方法区：
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只是执行Native 方法。

如果这个区的内存不足也是会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError 异常。

六：堆

堆这块区域是Jvm中最大的，应用的对象和数据都是存在这个区域。这块区域也是线程共享的。也是 gc 主要的回收区。

其实这也就是大家听的比较多的：Java （gc）垃圾回收器

由于篇幅原因，我会在下一篇中重点讲解下：Java gc回收器 的原理分析