文章目录
- JVM简介
- JVM的内存结构
- 方法区
- 堆
- 栈
- 程序计数器
- JAVA程序在JVM内是如何执行的
JVM简介
- JVM------Java Virtual Machine.JVM是Java平台的基础，与实际机器一样，它有自己的指令集（类似CPU通过指令操作程序运行），并在运行时操作不同的内存区域（JVM内存体系）。Java虚拟机位于操作系统之上（如下图所示），将通过JAVAC命令编译后的字节码加载到其内存区域，通过解释器将字节码翻译成CPU能识别的机器码行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。
- JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接交互。
JVM的内存结构
- JAVA源代码文件通过编译后变成虚拟机可以识别的字节码，JAVA程序在执行时，会通过类加载器(见下图)把字节码加载到虚拟机的内存中（虚拟机的内存是一个逻辑概念，相当于是对主内存的一个抽象，实际上真实的数据还是存放在主存中），详见下图。
- Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。每个区域都有各自的作用。
- 分析 JVM 内存结构，主要就是分析JVM 运行时数据存储区域。JVM 的运行时数据区主要包括：堆、栈、方法区、程序计数器等。而 JVM 的优化问题主要在线程共享的数据区中：堆、方法区。
类加载器
方法区
- 方法区又称非堆（non-heap），方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量、静态变量，即时编译后的代码等数据。方法区中最著名的就是
Class对象，Class对象中存放了类的元数据信息，包括：类的名称、类的加载器、类的方法、类的注解等。 - 当我们new一个新对象或者引用静态成员变量时，Java虚拟机(JVM)中的类加载器子系统会将对应Class对象加载到JVM中，然后JVM再根据这个类型信息相关的Class对象创建我们需要实例对象或者提供静态变量的引用值。注意，我们定义的一个类，无论创建多少个实例对象，在JVM中都只有一个Class对象与其对应，即：在内存中每个类有且只有一个相对应的Class对象，如图：
- 实际上所有的类都是在对其第一次使用时动态加载到JVM中的，当程序创建第一个对类的静态成员引用时，就会加载这个被使用的类(实际上加载的就是这个类的字节码文件)。注：使用new创建类的新实例对象也会被当作对类的静态成员的引用(构造函数也是类的静态方法)
- 由此看来Java程序在它们开始运行之前并非被完全加载到内存的，其各个部分是按需加载，所以在使用该类时，类加载器首先会检查这个类的Class对象是否已被加载(类的实例对象创建时依据Class对象中类型信息完成的)，如果还没有加载，默认的类加载器就会先根据类名查找.class文件(编译后Class对象被保存在同名的.class文件中)，在这个类的字节码文件被加载时，它们必须接受相关验证，以确保其没有被破坏并且不包含不良Java代码(这是java的安全机制检测)，完全没有问题后就会被动态加载到内存中，此时相当于Class对象也就被载入内存了(毕竟.class字节码文件保存的就是Class对象)，同时也就可以根据这个类的Class对象来创建这个类的所有实例对象。
堆
- 所有创建出来的实例对象还有数组都是存放在堆内存中，堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块存储区域，堆内存被所有线程共享。
- 垃圾收集器就是根据GC算法，收集堆上对象所占用的内存空间，堆上又分为了新生代和老年代，针对不同的分代又会有对象的垃圾回收器和相应的回收算法。
栈
- JVM 中的栈包括 Java 虚拟机栈和本地方法栈，两者的区别就是，Java 虚拟机栈为 JVM 执行 Java 方法服务，本地方法栈则为 JVM 使用到的 Native 方法服务。两者作用是极其相似的，本文主要介绍 Java 虚拟机栈，以下简称栈。
- 栈属于线程私有的数据区域，与线程同时创建，总数与线程关联，代表Java方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一个栈帧来存储方法的的局部变量表、操作数栈、动态链接方法、方法返回值、返回地址等信息。每个方法从调用值结束就对于一个栈桢在虚拟机栈中的入栈和出栈过程,栈帧中的局部变量表可以存放基本类型，也可以存放指向对象的引用，当在某个方法中new Object()时，会在当前方法栈帧中的局部变量表存放一个指向堆内存实例对象的引用，详见下图。
程序计数器
- 程序计数器是一块较小的内存空间，用来存储虚拟机下一条执行的字节码指令地址，和CPU中的程序计数器是一样的概念。
JAVA程序在JVM内是如何执行的
程序在JVM内部是怎么运行的，JAVA程序的执行过程简单来说包括：
- JAVA源代码编译成字节码；
- 字节码校验并把JAVA程序通过类加载器加载到JVM内存中；
- 在加载到内存后针对每个类创建Class对象并放到方法区；
- 字节码指令和数据初始化到内存中；
- 找到main方法，并创建栈帧；
- 初始化程序计数器内部的值为main方法的内存地址；
- 程序计数器不断递增，逐条执行JAVA字节码指令，把指令执行过程的数据存放到操作数栈中（入栈），执行完成后从操作数栈取出后放到局部变量表中，遇到创建对象，则在堆内存中分配一段连续的空间存储对象，栈内存中的局部变量表存放指向堆内存的引用；遇到方法调用则再创建一个栈帧，压到当前栈帧的上面。
你知道的越多，你不知道的越多。
