JVM学习笔记

1.简介
JVM全拼Java Virtual Machine(Java虚拟机)，是虚构的计算机，是一种用于计算机设备的规范。Java有一个特点就是与平台无关，而JVM就是实现这一特点的关键。
一般高级语言要在不同的平台上运行，至少需要生成不同的目标代码。但是引入Java虚拟机之后，Java语言在不同的平台上运行时不需要重新编译。————原因：JAVA语言使用JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需要生成在java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在不同的平台上不加修改的运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行，这就是Java能够“一次编译，多次运行”的 结果。
JVM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。
2.JRE、JDK、JVM的关系
（1）JRE（Java Runtime Environment，Java运行环境）
也就是指Java平台。所有的Java程序都要在JRE下才能运行。
（2）JDK(Java Development Kit,Java开发工具包)
是程序开发者用来编译、调试Java程序用的开发工具包。JDK的工具也是Java程序，也需要JRE才能运行。为了保证JDK的独立性和完整性，在JDK安装过程中，JRE也是安装的一部分。所以，在JDK的安装目录下有一个名为JRE的目录，用于存放JRE文件。
（3）JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）
JVM也是JRE的一部分，是虚构出来的虚拟机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能而实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如：处理器、堆栈、寄存器等，还有相应的指令系统。JVM的作用就是实现了Java语言跨平台运行。
3.JVM原理
JVM是Java的核心和基础，在Java编译器和操作系统平台之间的虚拟处理器。Java编译器只要面向JVM，生成JVM能理解的代码或字节码文件。Java源文件编译成字节码程序，通过JVM将每一条指令翻译成不同的平台机器码，通过特定的平台运行。
4.JVM执行过程
（1）加载.class文件
（2）管理并分配内存
（3）执行垃圾收集
JVM在整个JDK中处于最底层，负责操作系统的交互，用来屏蔽操作系统环境，提供一个完整的Java运行环境。操作系统装入JVM是通过JDK中的Java.exe来完成的，通过以下4步来完成JVM环境：
<1>创建JVM装载环境和配置
<2>装载JVM.dll
<3>初始化JVM.dll，并挂界到JNIENV（JNI调用接口）实例
<4>调用JNIENV实例装载并处理class类
5.JVM的生命周期
（1）JVM实例对应一个独立运行的Java程序，它是进程级别
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；
运行：main（）作为该程序初始线程的起点，任何其它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，守护线程由JVM自己使用，Java程序也可以自己声明自己创建的线程是守护线程。
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System.exit()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
6.JVM体系结构
（1）类加载去：用来装载.class文件
（2）执行引擎：执行字节码，或执行本地方法
（3）运行时数据区：方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈
7.JVM运行时数据区
（1）PC寄存器
PC寄存器用来存储每个线程下一步将执行的JVM指令。如：该方法是native的，则PC寄存器中不存储任何信息。
（2）JVM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的八种基本类型）、部分的返回结果和stack frame，非基本类型对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址。
（3）堆（heap）
JVM用来存储对象实例及数组值得区域。Java中通过new创建的对象的内存都分配在此。堆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》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，通常多个小的对象大的对象分配起来更加高效。
《4》所有新创建的object都将会存储在新生代Young Generation中。如果Young Generation的数据在一次或者多次GC后存活下来，那么将被转移到old Generation。新的object总是创建在Eden space。
（4）JVM方法区
《1》在Sun JDK 中这块区域对应的为Permanet Generation（持久代）。
《2》方法区域存放了所加载类的信息（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。
（5）运行时常量池
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。
（6）本地方法栈
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。
8.JVM垃圾回收
GC (Garbage Collection)的基本原理：将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停
（1）对新生代的对象的收集称为minor GC；
（2）对旧生代的对象的收集称为Full GC；
（3）程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为Full GC。
不同的对象引用类型， GC会采用不同的方法进行回收，JVM对象的引用分为了四种类型：
（1）强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用（这个对象的实例没有其他对象引用，GC时才会被回收）
（2）软引用：软引用是Java中提供的一种比较适合于缓存场景的应用（只有在内存不够用的情况下才会被GC）
（3）弱引用：在GC时一定会被GC回收
（4）虚引用：由于虚引用只是用来得知对象是否被GC