深入Java虚拟机之 --- JVM的爱恨情仇

李玮

一、认识Java环境
在讲 JVM 之前，先讲讲 JDK、JRE和 JVM 的关系，如下面这张图(图片来自百度图片)：

可以看到他们的包含关系是 JDK>JRE>JVM

JDK：jdk是支持 JAVA程序开发的最小环境，集成了JRE和一些工具包，如 javac，jar等；比如一个可运行jar，你就需要安装了jdk，才能运行起来
JRE：是Java运行时的标准环境，除了JVM的环境还有一些基本的JAVA库，比如界面的 swing、I/O等
JVM：熟称Java虚拟机，也叫运行时数据区域，是保证跨平台的基本，因为 jvm 只认识字节码，只要linux、window、mac 有jvm 都是可以编译执行的；

而这里，我们就需要讲解 JVM 这个 运行时数据区域的分布了，如下图(图片来自百度图片，稍微修改了一点)：



上面解释了一个java程序是怎么运行的，其中 内存空间这里，就是 JVM 了；

线程共享区：即程序运行时，数据在各个线程之间是共享的，比如某个方法，某个类，还有一些运行时常量
线程私有区：各个线程之间的数据是独立的，比如多线程的数据
为了方便解释，这里的顺序不会像上图那里的顺序来；

二、线程私有区
2.1、程序计数器
首先先了解程序计算器，线程(UI线程)中程序语句的执行都离不开它，对它的解释如下：

是一块较小的内存存于，可以看做当前线程执行字节码时的行号指示器
程序的运行，比如跳转、循环等指令，就是通过改变计数器的数值，来选取下一条需要执行的字节码指令
多线程时，每个线程的程序计算器都是独立的，相互不干扰，独立储存；即记录每次线程的位置，方便下次线程切换过来，知道上次线程的运行到哪了
op
2.2 虚拟机栈
结合方法去中的一些变量和常量去理解会比较好
虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期相同；它对应着线程的内存模式，每个方法在执行的时候，都有一个栈帧用于存储局部表，操作数栈、动态链接、方法出口等信息；每个方法的执行，都对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈，如下图(图片参考深入Java虚拟机第二版)

局部变量表：

存储了编译器存放着各种基本数据类型(boolean、byte、char等)
对象引用类型，这里的对象不是对象本身，可能是对象的寻址指针，也可能是句柄或者相关位置
returnAddress 类型，指向了一条字节码指令的地址 (现在已经很少有虚拟机用了)
当进入一个方法时，这些变量在帧中分配的内存大小时固定的，在运行时不会改变局部变量表的大小。针对这个区域，规定了两种异常情况

如果虚拟机不支持动态扩展，当线程请求的栈大小大于虚拟机规定的大小时，抛出 StackOverflowError
如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时，无法申请到足够的内存，抛出 OutOfMemoryError
操作数栈：
操作数栈，也可以称做操作栈，它可以是 Java 的任意类型，在数据提取时入栈和出栈，比如 int a = 1 + 2;它会先把 1,2 从栈中取出来，把它复制给 a 后，再把结果入栈。
动态连接：
这里需要先理解静态连接，比如类加载的解析步骤，是直接将符号引用转换为直接引用，称为静态解析；而动态连接，则是运行期间，把符号引用转换为直接引用。
可以这样理解符号引用：
比如有当前运行类D，D类中还有其他类的申明，比如C，但虚拟机只会加载当前类，所以C它会由一个符号引用来代替，当类在解析的时候，会把这个符号引用转换为直接引用，直接引用就是类C的指针地址；关于类加载，可以到深入Java虚拟机之 – 类加载机制 细看。

方法返回地址：
每个方法运行结束，只有两种方法可以退出方式；一是正常返回数据，这种称为正常完成出口；二是遇到异常，也会导致退出，称为异常完成退出。
无论哪种退出，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续进行。

2.3 本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈的作用非常相似；只不过虚拟机栈执行的是 java 的字节码服务，而本地方法栈执行的是 Native 方法服务；
本地方法栈同样会穿件栈帧，如局部变量表、操作栈等信息，同时也有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常