JVM - 内存模型

# JVM

JDK版本：1.8

# 1、JVM内存区域

JVM在执行应用程序的过程中会将它管理的内存分为若干个不同的区域。其中一部分是线程私有的，一部分是线程共享的。Java内存区域也叫做运行时数据区。JVM内存内存结果如下图所示：

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# 2、Java代码执行流程

• Java源码文件通过Java编译器生成字节码文件。
• 生成的字节码文件通过类加载器进行加载。
• 然后进行字节码校验器进行字节码校验。
• 最后通过执行引擎编译成机器指令。其中执行引擎分为两个部分：
  • 翻译字节码：翻译字节码的作用主要是程序的响应时间。对字节码文件进行逐行的解释执行。
  • JIT执行其：主要作用是应用程序的性能。将反复执行的热点代码由字节码文件直接编译成机器指令，缓存在方法区中，直接调用即可。
• 在操作系统上运行编译生成的机器指令。

大体步骤就是高级编程语言通过编译器编译成汇编语言，然后再将汇编语言翻译成机器指令，最后在操作系统上运行机器指令。

操作系统只认识机器指令，即 0 1 0 1。

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# 3、JVM的架构模型

Java编译器输入的指令流一种是基于栈的指令架构，另外一种指令集架构则是寄存器的指令集架构。

两种架构之间的区别：

1、基于栈的指令集架构：

• 设计和实现更为简单，适用于资源受限的系统。
• 避开了寄存器的分配难题，使用零地址指令方式分配。
• 指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器更容易实现。
• 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台。

2、基于寄存器架构：

• 指令集构架完全依赖于硬件，可移植性差。
• 性能优秀，执行更加高效。
• 花费更少的指令去完成一项操作。
• 大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都是以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主。

Java的HotSpot使用的是栈的指令架构。

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# 4、JVM的生命周期

# 4.1、虚拟机的启动

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

# 4.2、虚拟机的运行

一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序。程序开始执行时它才执行，程序结束时它就结束。执行一个所谓的Java程序，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。

# 4.3、虚拟机的退出

虚拟机退出有如下几种情况：

1、程序正常执行完毕结束。

2、程序在执行过程中遇到了异常或错误而终止。

3、由于操作系统错误而导致Java虚拟机进程终止。

4、某一个线程调用System或Runtime类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作。

5、除以上之外，JNI(Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机进程退出的情况。

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# 5、JVM内存架构

方法区：存放常量信息，类信息，方法信息。

• LV(Local Variables)：局部变量表。
• OS(Operand Stack)：操作数栈。
• DL(Dynamic Linking)：动态连接。
• RA(Return Address)：方法返回值地址。
• Interpreter：解释器。
• Intermediate Code Generator：中间代码生成器。
• Code Optimizer：代码优化器。
• Target Code Generator：目标代码生成器。
• Profiler：分析器。

GitHub源码地址：https://github.com/kapbc/Java-Kapcb/tree/master/src/main/java/com/kapcb/ccc/jvm

备注：此文为笔者学习JVM的笔记，鉴于本人技术有限，文中难免出现一些错误，感谢大家批评指正。