JVM第一节：内存结构

为什么要了解虚拟机
JVM 不单单只支持 Java 语言，也支持其他语言（Scala、Kotlin、Groovy 等等）区块链 2.0--以太坊(比特币是区块链 1.0) 中提供了 EVM 的虚拟机，它的实现和 JVM 类似，基于栈、生成脚本编译成字节码来执行。知识通用。（理论大于实际）
虚拟机历史
了解即可，无需关注解释执行和编译执行（针对字节码的执行）解释执行就是边翻译为机器码边执行、即时编译（编译执行）就是先将一个方法中的所有字节码全部编译成机器码之后再执行。 Hotspot 采用的是先解释执行，到了一定时机后热点代码（多次执行、循环等）再翻译成机器码热点代码探测技术（通过执行计数器找到最有编译价值的代码，如果代码用得非常频繁，就会把这些代码编译成本地代码）。 JRockit 采取的方法是在执行 class 时直接编译为机器码（Java 程序启动速度会比较慢） J9 和 Hotspot 比较接近，主要是用在 IBM 产品（IBMWebSphere 和 IBM 的 AIX 平台上），华为有的项目用的 J9。谷歌：GoogleAndroidDalivkVM：使用的寄存器架构，执行 dex（DalvikExecutable）通过 class 转化而来。
未来的 Java 技术
模块化:OSGI（动态化、模块化），应用层面就是微服务，互联网的发展方向混合语言：多个语言都可以运行在 JVM 中，google 的 Kotlin 成为了 Android 的官方语言。Scala(Kafka)
多核并行：CPU 从高频次转变为多核心，多核时代。JDK1.7 引入了 Fork/Join，JDK1.8 提出 lambda 表达式(函数式编程天生适合并行运行) 丰富语法：JDK5 提出自动装箱、泛型(并发编程讲到)、动态注解等语法。JDK7 二进制原生支持。try-catch-finally 至 try-with-resource 64 位：虽然同样的程序 64 位内存消耗比 32 位要多一点，但是支持内存大，所以虚拟机都会完全过渡到 64 位，32 位的 JVM 有 4G 的堆大小限制。更强的垃圾回收器（现在主流 CMS、G1）：JDK11 –ZGC（暂停时间不超过 10 毫秒，且不会随着堆的增加而增加，TB 级别的堆回收））：有色指针、加载屏障。JDK12 支持并发类卸载，进一步缩短暂停时间 JDK13(计划于 2019 年 9 月)将最大堆大小从 4TB 增加到 16TB
JavaSE 体系架构
JavaSE，Java 平台标准版，为 JavaEE 和 JavaME 提供了基础。 JDK：Java 开发工具包，JDK 是 JRE 的超集，包含 JRE 中的所有内容，以及开发程序所需的编译器和调试程序等工具。 JRE：JavaSE 运行时环境，提供库、Java 虚拟机和其他组件来运行用 Java 编程语言编写的程序。主要类库，包括：程序部署发布、用户界面工具类、继承库、其他基础库，语言和工具基础库 JVM：java 虚拟机，负责 JavaSE 平台的硬件和操作系统无关性、编译执行代码（字节码）和平台安全性
运行时数据区域
这个是抽象概念，内部实现依赖寄存器、高速缓存、主内存（具体要分析 JVM 源码 C++语言实现，没必要看）计算机的运行=指令+数据，指令用于执行方法的，数据用于存放数据和对象的。虚拟机栈----执行 java 方法、本地方法栈---执行本地方法、程序计数器---程序执行的计数器 Java 中的数据：变量、常量、对象、数组相关。
程序计数器
较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器；各线程之间独立存储，互不影响（面试可能问到为什么需要）如果线程正在执行的是一个 Java 方法，则指明当前线程执行的代字节码行数如果正在执行的是 Natvie 方法，这个计数器值则为空（Undefined）此内存区域是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 情况的区域。
虚拟机栈（JVM 后续的执行子程序有详细的见解）

iload_1	第二个 int 型局部变量进栈
bipush	将一个 byte 型常量值推送至栈顶
isub	栈顶两int型数值相减，并且结果进栈
istore_1	将栈顶int型数值存入第二个局部变量

栈：数据结构的特点和 java 中方法中调用方法的特性一致。（为什么 JVM 使用栈 –演示代码 StackFilo）

虚拟机栈：

异常： 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度：StackOverflowError

JVM 动态扩展时无法申请到足够的内存时：OutOfMemoryError

虚拟机栈： 每个线程私有的，线程在运行时，在执行每个方法的时候都会打包成一个栈帧，存储了局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息，然后放入栈。每个时刻正在执行的当前方法就是虚拟机栈顶的栈桢。方法的执行就对应着栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。栈的大小缺省为 1M，可用参数 –Xss 调整大小，例如-Xss256k

在编译程序代码的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入到方法表的 Code 属性之中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

局部变量表:顾名思义就是局部变量的表，用于存放我们的局部变量的。首先它是一个 32 位的长度，主要存放我们的 Java 的八大基础数据类型，一般 32 位就可以存放下，如果是 64 位的就使用高低位占用两个也可以存放下，如果是局部的一些对象，比如我们的 Object 对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。（基本数据类型、对象引用、returnAddress 类型）

操作数据栈：存放我们方法执行的操作数的，它就是一个栈，先进后出的栈结构，操作数栈，就是用来操作的，操作的的元素可以是任意的 java 数据类型，所以我们知道一个方法刚刚开始的时候，这个方法的操作数栈就是空的，操作数栈运行方法是会一直运行入栈/出栈的操作

动态连接:Java 语言特性多态（需要类加载、运行时才能确定具体的方法，后续有详细的讲解）

返回地址:

正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）

三步曲：

恢复上层方法的局部变量表和操作数栈、

把返回值（如果有的话）压入调用者栈帧的操作数栈中、

调整 PC 计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令、

异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）
本地方法栈
各虚拟机自由实现，本地方法栈 native 方法调用 JNI 到了底层的 C/C++(c/c++可以触发汇编语言，然后驱动硬件)
线程共享的区域
类信息：类的完整有效名、返回值类型、修饰符（public，private...）、变量名、方法名、方法代码、这个类型直接父类的完整有效名(除非这个类型是 interface 或是 java.lang.Object，两种情况下都没有父类)、类的直接接口的一个有序列表
方法区/永久代
用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量("zdy","123"等)，静态变量(static 变量)等数据，可用以下参数调整：

jdk1.7 及以前：-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize；

jdk1.8 以后：-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize

jdk1.8 以后大小就只受本机总内存的限制

如：-XX:MaxMetaspaceSize=3M
堆
几乎所有对象都分配在这里，也是垃圾回收发生的主要区域，可用以下参数调整：

-Xms：堆的最小值；

-Xmx：堆的最大值；

-Xmn：新生代的大小；

-XX:NewSize；新生代最小值；

-XX:MaxNewSize：新生代最大值；

例如-Xmx256m
运行时常量池
符号引用（一个概念）
一个 java 类（假设为 People 类）被编译成一个 class 文件时，如果 People 类引用了 Tool 类，但是在编译时 People 类并不知道引用类的实际内存地址，因此只能使用符号引用来代替。而在类装载器装载 People 类时，此时可以通过虚拟机获取 Tool 类的实际内存地址，因此便可以既将符号 org.simple.Tool 替换为 Tool 类的实际内存地址，及直接引用地址。即在编译时用符号引用来代替引用类，在加载时再通过虚拟机获取该引用类的实际地址. 以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局是无关的，引用的目标不一定已经加载到内存中。
字面量
文本字符串 Stringa="abc",这个 abc 就是字面量八种基本类型 inta=1; 这个 1 就是字面量声明为 final 的常量
直接内存
使用 Native 函数库直接分配堆外内存(NIO)

并不是 JVM 运行时数据区域的一部分，但是会被频繁使用(可以通过-XX:MaxDirectMemorySize 来设置（默认与堆内存最大值一样,也会出现 OOM 异常)

避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，能够提高效率

测试用例 JavaStack：设置 JVM 参数-Xmx100m，运行异常，因为如果没设置-XX:MaxDirectMemorySize，则默认与-Xmx 参数值相同，分配 128M 直接内存超出限制范围
站在线程角度来看
虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器三个区域的生命周期和线程相同。线程共享区域：就复杂多了，后续完善
深入辨析堆和栈
 功能
 以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int、 short、 long、 byte、 float、
double、boolean、char 等）以及对象的引用变量，其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放；
 而堆内存用来存储 Java 中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内
存中；
 线程独享还是共享
 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可
以理解成线程的私有内存。
 堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。
 空间大小
栈的内存要远远小于堆内存
栈溢出
参数：-Xss256k
java.lang.StackOverflowError 一般的方法调用是很难出现的，如果出现了要考虑是否有无限递归。
虚拟机栈带给我们的启示：方法的执行因为要打包成栈桢，所以天生要比实现同样功能的循环慢，所以树的遍历算
法中：递归和非递归(循环来实现)都有存在的意义。递归代码简洁，非递归代码复杂但是速度较快。
OutOfMemoryError：不断建立线程。（一般演示不出，演示出来机器也死了）

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