Java虚拟机结构详解，详细分析其构成

浅浅的花香味﹌ 2023-09-28 09:58 13阅读 0赞

# Java虚拟机 #

java虚拟机(java virtual machine，JVM)，一种能够运行java字节码的虚拟机。作为一种编程语言的虚拟机，实际上不只是专用于Java语言，只要生成的编译文件匹配JVM对加载编译文件格式要求，任何语言都可以由JVM编译运行。

# JVM的基本结构 #

JVM由三个主要的子系统构成

*  类加载子系统
 *  运行时数据区（内存结构）
 *  执行引擎

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类加载机制

类的生命周期

![image.png][image.png 1]

### 1. 加载 ###

将.class文件从磁盘读到内存

### 2.连接 ###

### 2.1 验证 ###

验证字节码文件的正确性(魔数)

### 2.2 准备 ###

给类的静态变量分配内存，并赋予默认值

### 2.3 解析 ###

类装载器装入类所引用的其它所有类(静态链接)

### 3. 初始化 ###

为类的静态变量赋予正确的初始值，上述的准备阶段为静态变量赋予的是虚拟机默认的初始值，此处赋予的才是程序 编写者为变量分配的真正的初始值，执行静态代码块

### 4.使用 ###

### 5.卸载 ###

类加载器的种类

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)

负责加载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar，charsets.jar等

扩展类加载器(Extension ClassLoader)

负责加载JRE扩展目录ext中jar类包

系统类加载器(Application ClassLoader)

负责加载ClassPath路径下的类包

用户自定义加载器(User ClassLoader)

负责加载用户自定义路径下的类包

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# 类加载机制 #

# 全盘负责委托机制 #

当一个ClassLoader加载一个类的时候，除非显示的使用另一个ClassLoader，该类所依赖和引用的类也由这个  
ClassLoader载入

# 双亲委派机制 #

指先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下载自己的路径中查找并载入目标类双亲委派模式的优势

*  沙箱安全机制：比如自己写的String.class类不会被加载，这样可以防止核心库被随意篡改
 *  避免类的重复加载：当父ClassLoader已经加载了该类的时候，就不需要子ClassLoader再加载一次

运行时数据区（内存结构）

### 1. 方法区（MethodArea）(永久带持久带jdk1.8以前，元空间) ###

类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在这里定义。简单来说，所有定义的方法的 信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息（构造方法/接口定义）+运行时常量池都存在方法区中，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是为了和Java的堆区分开(jdk1.8以前hotspot虚拟机叫永久代、持久代，jdk1.8时叫元空间)

### 2. 堆（ Heap ） ###

虚拟机启动时自动分配创建，用于存放对象的实例，几乎所有对象都在堆上分配内存，当对象无法在该空间申请到内 存是将抛出OutOfMemoryError异常。同时也是垃圾收集器管理的主要区域。

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#### 2.1 新生代（YoungGeneration） ####

类出生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集， 结束生命。

新生代分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor space），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区又分为From和To区。当Eden区的空间用完是，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将Eden区进行垃圾回 收（Minor GC），将Eden区中的不再被其它对象应用的对象进行销毁。然后将Eden区中剩余的对象移到From

Survivor区。若From Survivor区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到To Survivor区。

#### 2.2老年代（OldGeneration） ####

新生代经过多次GC仍然存货的对象移动到老年区。若老年代也满了，这时候将发生Major GC（也可以叫Full GC）， 进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会抛出OOM（OutOfMemoryError）异常

#### 2.3 元空间（MetaSpace） ####

在JDK1.8之后，元空间替代了永久代，它是对JVM规范中方法区的实现，区别在于元数据区不在虚拟机当中，而是用 的本地内存，永久代在虚拟机当中，永久代逻辑结构上也属于堆，但是物理上不属于。

**为什么移除了永久代**？

参考官方解释[http://openjdk.java.net/jeps/122][http_openjdk.java.net_jeps_122]

大概意思是移除永久代是为融合HotSpot与 JRockit而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代。

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### 3. 栈(Stack) ###

Java线程执行方法的内存模型，一个线程对应一个栈，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息）不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就释放，生命周期和线程一 致

### 4. 本地方法栈(NativeMethodStack) ###

和栈作用很相似，区别不过是Java栈为JVM执行Java方法服务，而本地方法栈为JVM执行native方法服务。登记native 方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库

### 5. 程序计数器(ProgramCounterRegister) ###

就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向吓一跳指令的地址，也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

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[http_openjdk.java.net_jeps_122]: http://openjdk.java.net/jeps/122
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