JVM原理介绍 _JVM原理

(1)基本概念：
JVM 是可运行 JAVA 代码的假想计算机，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。JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接
的交互。

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(2)运行过程：
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，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 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，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。

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1.1. 线程
这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。
JVM 允许一个应用并发执行多个线程。
Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓
冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。Java 线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可
用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕，就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时，会释放原生线程和Java 线程的所有资源。
Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个：

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1.2. JVM内存区域

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JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区
域【 JAVA 堆、方法区】、直接内存。
线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束而创建/销毁(在Hotspot VM内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应) 。
线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
直接内存并不是JVM运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用: 在JDK 1.4引入的NIO提供了基于Channel与Buffer的IO方式, 它可以使用Native函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作(详见: Java I/O 扩展), 这样就避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。

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1.2.1. 程序计数器(线程私有)
一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。
正在执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是Native方法，则为空。
这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
1.2.2. 虚拟机栈(线程私有)
是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从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入栈到出栈的过程。
栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接 (Dynamic Linking)、方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

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1.2.3. 本地方法区(线程私有)
本地方法区和Java Stack作用类似, 区别是虚拟机栈为执行Java方法服务, 而本地方法栈则为Native方法服务, 如果一个VM实现使用C-linkage模型来支持Native调用, 那么该栈将会是一个C栈，但HotSpot VM直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。