JVM的运行原理

目录

1.概念

2.JVM运行机制

3.JVM执行流程 

4.JVM运行时数据区

什么是线程私有?

OOM（内存溢出）

4.1 堆：也叫运行时数据区，线程共享

4.2 方法区：线程共享

4.3 Java虚拟机栈：线程私有，描述Java方法的执行过程

4.4 本地方法栈：线程私有

4.5 程序计数器：线程私有，无内存溢出问题（OOM）

5.内存布局中的异常问题

5.1 Java堆溢出

5.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出

5.3 OOM 与 内存泄漏

5.4 OOM 与 StackOverflow

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1.概念

JVM(Java Vritual Machine)是运行于Java字节码的虚拟机，包括一套字节码指令集、一组程序寄存器、一个虚拟机栈、一个虚拟机堆、一个方法区和一个垃圾回收器。JVM运行在操作系统之上，不与硬件设备直接交互。

2.JVM运行机制

Java源文件在通过编译器后被编译成相应的 .Class 文件（字节码文件），.Class 文件又被JVM中的解释器编译成机器码在不同的操作系统（Windows、Linux、Mac）上运行。每种操作系统的解释器是不同的，但基于解释器实现的虚拟机是相同的，这也是Java能够跨平台的原因。

通过 java.exe 程序，来运行 xxx.class，启动时就创建一个JVM

3.JVM执行流程 

 其中：

• 类加载器子程序用于将编译好的 .Class 文件加载到JVM中；
• 运行时数据区用于存储在JVM运行过程中产生的数据，包括程序计数器、方法区、本地方法区、虚拟机栈和虚拟机堆；
• 执行引擎包括即时编译器和垃圾回收器，即时编译器用于将Java字节码编译成具体的机器码，垃圾回收器用于回收在运行过程中不再使用的对象；
• 本地接口库用于调用操作系统中的本地方法库完成具体的操作指令。

4.JVM运行时数据区

什么是线程私有?

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现，因此在任何一个确定的时刻，一个处理器(多核处理器则指的是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此为了切换线程后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

OOM（内存溢出）

指存放数据的大小，超出该区域的内存大小。

运行时数据区域中，除了程序计数器，其他都可能发生OOM

4.1 堆：也叫运行时数据区，线程共享

在JVM运行过程中创建的对象和产生的数据都被存储在堆中，堆是被线程共享的内存空间，也是垃圾收集器进行垃圾回收的最主要的内存区域。由于现代JVN采用分代收集算法，因此Java堆从GC（Garbage Collection，垃圾回收）的角度还可以细分为：新生代、老年代和永久代。

堆的作用：程序中创建的所有对象都在保存在堆中（数组也是对象）

4.2 方法区：线程共享

方法区的作用：用来存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据的。

在《Java虚拟机规范中》把此区域称之为“方法区”，而在 HotSpot 虚拟机的实现中，在 JDK 7 时此区域叫做永久代（PermGen），JDK 8 中叫做元空间（Metaspace）。

4.3 Java虚拟机栈：线程私有，描述Java方法的执行过程

1. 栈的生命周期和线程相同：创建线程，就创建栈；销毁线程，就销毁这个栈
2. 线程执行某个方法，就创建该方法栈桢（入栈），方法返回，就出栈 

用于保存 局部变量表——变量（=左边的），基础数据类型的值（如果是基础数据类型，=右边的也在虚拟机栈）

Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同，Java 虚拟机栈描述的是 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。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。

4.4 本地方法栈：线程私有

• 调用Java方法，就是创建栈帧，放在线程的Java虚拟机栈中
• 调用其他方法的函数，就是使用本地方法栈

4.5 程序计数器：线程私有，无内存溢出问题（OOM）

程序计数器是一块很小的内存空间，用于存储当前运行的线程所执行的字节码的行号指令器。

用于标识程序的行号

5.内存布局中的异常问题

5.1 Java堆溢出

Java堆用于存储对象实例，只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免来GC清除这些对象，那么在对象数量达到最大堆容量后就会产生内存溢出异常。

内存泄漏 : 泄漏对象无法被GC。

内存溢出 : 内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相比较检查是否还应该把JVM堆内存调大；或者检查对象的生命周期是否过长。

5.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出

关于虚拟机栈会产生的两种异常:

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，会抛出StackOverFlow异常
• 如果虚拟机在拓展栈时无法申请到足够的内存空间，则会抛出OOM异常

5.3 OOM 与 内存泄漏

内存泄漏：线程生命周期太长，导致始终只用一些不常使用的数据（这些数据gc无法正常回收），随着时间越来越长，最终导致OOM；

5.4 OOM 与 StackOverflow

某个线程，调用方法，创建方法栈帧，入栈，如果栈中的栈帧超过jvm规定的数量，就会报这个异常。