JVM虚拟机原理

  目前，Java是最为流行的编程语言之一，它的基础平台就是JVM。除了Java，如JRuby、Scala、Clojure等语言也运行在JVM平台。熟悉和掌握JVM平台有着重要的实用价值和意义。

1、JVM是什么？

  简单的说，一个JVM是一个软件模块，用于执行Java应用字节码并且把字节码转化到硬件，操作系统特殊指令。通过这样做，JVM允许Java程序在第一次编写后可以在不同的环境中执行，并不需要更改原始的代码。Java的可移植性是通往企业应用语言的关键：开发者并不需要为不同平台重写应用代码，因为JVM负责翻译和平台优化。

2、JVM的生命周期？

  JVM实例对应了一个独立运行的java程序它是进程级别。

①     启动。启动一个Java程序时，一个JVM实例就产生了，任何一个拥有public static void main(String[] args)函数的class都可以作为JVM实例运行的起点。
②     运行。main()作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均由该线程启动。JVM内部有两种线程：守护线程和非守护线程，main()属于非守护线程，守护线程通常由JVM自己使用，java程序也可以标明自己创建的线程是守护线程。
③    消亡。当程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出；若安全管理器允许，程序也可以使用Runtime类或者System.exit()来退出
2.       JVM执行引擎实例则对应了属于用户运行程序的线程它是线程级别的。

3、JVM的体系结构
粗略分来，JVM的内部体系结构分为三部分，分别是：

a).类装载器（ClassLoader）（用来装载.class文件）
b).执行引擎（执行字节码，或者执行本地方法）
c).运行时数据区（方法区、堆、java栈、PC寄存器、本地方法栈）。

①类装载器，顾名思义，就是用来装载.class文件的。JVM的两种类装载器包括：启动类装载器和用户自定义类装载器，启动类装载器是JVM实现的一部分，用户自定义类装载器则是Java程序的一部分，必须是ClassLoader类的子类。

②.执行引擎

在执行方法时JVM提供了四种指令来执行：
（1）invokestatic：调用类的static方法
（2）invokevirtual：调用对象实例的方法
（3）invokeinterface：将属性定义为接口来进行调用
（4）invokespecial：JVM对于初始化对象（Java构造器的方法为：<init>）以及调用对象实例中的私有方法时。

主要的执行技术有:
解释，即时编译，自适应优化、芯片级直接执行
（1）解释属于第一代JVM，
（2）即时编译JIT属于第二代JVM，
（3）自适应优化（目前Sun的HotspotJVM采用这种技术）则吸取第一代JVM和第二代JVM的经验，采用两者结合的方式开始对所有的代码都采取解释执行的方式，并监视代码执行情况，然后对那些经常调用的方法启动一个后台线程，将其编译为本地代码，并进行优化。若方法不再频繁使用，则取消编译过的代码，仍对其进行解释执行。

③.运行时数据区：主要包括：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈，运行时常量池。

a.方法区

（1）在Sun JDK中这块区域对应的为PermanetGeneration，又称为持久代。

（2）方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。

b.堆

它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

（1）堆是JVM中所有线程共享的，因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比较大的。
 （2）Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率，对于所创建的线程都会分配一块独立的空间TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根据运行的情况计算而得，在TLAB上分配对象时不需要加锁，因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配，在这种情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的，但如果对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配。
（3）TLAB仅作用于新生代的Eden Space，因此在编写Java程序时，通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效。

c.JAVA栈

  JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本
类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）
、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址。

d.PC寄存器

  PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则PC寄存器中不存储任何信息。

e.运行时常量池（Runtime Constant Pool）
  存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。
f.本地方法堆栈（Native Method Stacks）
  JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。