浅谈JVM基本结构

news2025/1/15 12:48:48

1.JVM概念

2.JVM基本结构

3.JVM存储数据案例

1.JVM概念

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

JVM类似于在操作系统之上运行的虚拟机软件：它能识别.class 字节码文件（java程序通过javac命令后编译产生的二进制代码），并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，最终成功运行java文件。

总结来说就是JVM 是java程序和操作系统之间的桥梁，它的中间接口就是字节码。得益于JVM，他可以使得java程序可以跨平台在各种操作系统上运行。

jre文件中包含JVM环境。

2.JVM基本结构

JVM的基本结构如下图所示，java程序经过javac命令变成class file后进入jvm中进行处理：

（1）类加载器：

用于加载class文件。其可以分为 AppClassLoader（应用类加载器）、ExtClassLoader（拓展类加载器）、（根加载器，java程序无法获取）、虚拟机自带的加载器。

双亲委派机制：即类加载器收到请求后，会向上委托给父类加载器，一直向上委托，启动加载器检查是否能加载当前类：能加载，结束；否则抛出异常，通知子类加载。

简单来说就是到最大的根加载器中有无该类，只有当根、拓展加载器都无该类，才会执行当前应用程序加载器。

通过双亲委派机制阻止代码去干涉核心类，守护了被信任的类库边界；将代码归入保护域，确定了代码可以执行哪些操作。

（2）本地方法栈和本地方法接口（JNI）：

拓展java的使用，融合不同的编程语言使用。

凡是带了native关键字修饰的方法（该类方法没有方法体），说明java的作用范围达不到了，会进入本地方法栈，登记该方法。然后调用本地方法接口。

（3）程序计数器：

每一个线程私有的，指向方法区中的方法字节码（即线程的编号1,2,3…），占用内存空间小，几乎可以忽略不计。

（4）方法区：

被所有线程贡献，所有定义的东西（静态变量(static)、常量(final)、类信息(Class)、运行时的常量池）都存在方法区中。

（5）栈：

主要存放8大基本类型（局部变量，即方法中的变量）+对象的引用+实例的方法。

栈是一种数据结构，先进后出、后进先出。main方法执行后会进入java栈，然后调用的其他方法陆续进入。由于先进后出，所以main方法最后结束。即先入栈先调用，程序正在执行的方法一定在栈的顶部。

栈主管程序的运行，线程结束，栈内存即释放。

StackOverflowError：栈溢出，即方法相互递归调用不终止，不断将方法存入栈中，导致栈空间不足；还有就是启动的线程过多导致内存不足，导致的栈空间不足溢出。

（6）堆：

一个JVM只有一个堆内存，其大小是可以调整的。主要存放类、实例成员变量、数组。

可以分为新生区（Eden、survivor from 、survivor to）、老年区、永久区。

新对象会首先分配在 Eden 中(如果新对象过大，会直接分配在老年代中)。

进行轻GC时，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值（经过GC的次数）来决定去向。年龄达到阈值的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，"From"和"To"会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的"From"，新的"From"就是上次GC前的"To"。

当幸存者区中对象经历了足够次数的GC后(-XX:MaxTenuringThreshold中设定的进入老年区的次数)，会被移动到老年代。

3.JVM存储数据案例

下面通过代码，简单看看数据如何存储在 JVM中。

有以下两个类：

public class Student {
    private long id;
    private String name;
    private int age;
    
    public Student(long id,String name,int age){
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

public class DataSave {
    public static void main(String[] args) {
        int num = 1;
        DataSave dataSave = new DataSave();
        dataSave.addOne(num);
        Student student = new Student(1,"test",18);
    }

    public void addOne(int i){
        i = i+1;
    }
}

上述定义消息都存于方法区中。

下面执行main程序：main线程入栈，开始执行。

（1）int num =1 ——> 局部变量，基础类型，引用和值都存在栈中。

（2）DataSave dataSave = new DataSave(); ——>新建对象dataSave ，对象dataSave 引用存在栈中，对象实例存在堆中。

（3）dataSave.addOne(num); ——> 方法 addOne()作为类的定义信息存于方法区中；调用addOne()方法，addOne()的栈帧（描述的是方法的一次执行瞬间，里面放的就是一些方法中的局部变量和方法的形参）入栈，开始执行。i为局部变量，引用和值存在栈中。当方法addOne()执行完成后，i就会从栈中消失。

（4）Student student = new Student(1,"test",18); ——>生成对象：student 为对象引用，存在栈中；对象new Student()存在堆中。

其中id, name, age为局部变量存储在栈中，且它们的类型为基础类型，因此它们的数据也存储在栈中；Student对象新建时调用构造函数获得的id, name, age为成员变量（即1, test,18），它们存储在堆中存储的new Student()对象里面；构造函数执行完毕，id, name, age从栈中消失。

（5）执行结束，num变量，DataSave，Student引用将从栈中消失；main线程出栈。