【轉】JVM介紹

標籤：

1. 什麼是JVM？

JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機器）的縮寫，JVM是一種用於計算裝置的規範，它是一個虛構出來的電腦，是通過在實際的電腦上模擬類比各種電腦功能來實現的。Java虛擬機器包括一套位元組碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個記憶體回收堆和一個儲存方法域。 JVM屏蔽了與具體作業系統平台相關的資訊，使Java程式只需產生在Java虛擬機器上啟動並執行目標代碼（位元組碼）,就可以在多種平台上不加修改地運行。JVM在執行位元組碼時，實際上最終還是把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。

Java語言的一個非常重要的特點就是與平台的無關性。而使用Java虛擬機器是實現這一特點的關鍵。一般的進階語言如果要在不同的平台上運行，至少需要編譯成不同的目標代碼。而引入Java語言虛擬機器後，Java語言在不同平台上運行時不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機器屏蔽了與具體平台相關的資訊，使得Java語言編譯器只需產生在Java虛擬機器上啟動並執行目標代碼（位元組碼），就可以在多種平台上不加修改地運行。Java虛擬機器在執行位元組碼時，把位元組碼解釋成具體平台上的機器指令執行。這就是Java的能夠“一次編譯，到處運行”的原因。

2. JRE/JDK/JVM是什麼關係？

JRE(JavaRuntimeEnvironment，Java運行環境)，也就是Java平台。所有的Java 程式都要在JRE下才能運行。普通使用者只需要運行已開發好的java程式，安裝JRE即可。JDK(Java Development Kit)是程式開發人員用來來編譯、調試java程式用的開發套件。JDK的工具也是Java程式，也需要JRE才能運行。為了保持JDK的獨立性和完整性，在JDK的安裝過程中，JRE也是 安裝的一部分。所以，在JDK的安裝目錄下有一個名為jre的目錄，用於存放JRE檔案。JVM(JavaVirtualMachine，Java虛擬機器)是JRE的一部分。它是一個虛構出來的電腦，是通過在實際的電腦上模擬類比各種電腦功能來實現的。JVM有自己完善的硬體架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應的指令系統。Java語言最重要的特點就是跨平台運行。使用JVM就是為了支援與作業系統無關，實現跨平台。

3. JVM原理

JVM是java的核心和基礎，在java編譯器和os平台之間的虛擬處理器。它是一種利用軟體方法實現的抽象的電腦基於下層的作業系統和硬體平台，可以在上面執行java的位元組碼程式。 java編譯器只要面向JVM，產生JVM能理解的代碼或位元組碼檔案。Java源檔案經編譯成位元組碼程式，通過JVM將每一條指令翻譯成不同平台機器碼，通過特定平台運行。  4. JVM執行程式的過程
1) 載入.class檔案 2) 管理並分配記憶體 3) 執行垃圾收集JRE（java運行時環境）由JVM構造的java程式的運行環，也是Java程式啟動並執行環境，但是他同時一個作業系統的一個應用程式一個進程，因此他也有他自己的啟動並執行生命週期，也有自己的代碼和資料空間。JVM在整個jdk中處於最底層，負責於作業系統的互動，用來屏蔽作業系統環境，提供一個完整的Java運行環境，因此也就虛擬電腦。作業系統裝入JVM是通過jdk中Java.exe來完成，通過下面4步來完成JVM環境：1) 建立JVM裝載環境和配置 2) 裝載JVM.dll 3) 初始化JVM.dll並掛界到JNIENV(JNI調用介面)執行個體4) 調用JNIEnv執行個體裝載並處理class類。  5. JVM的生命週期1) JVM執行個體對應了一個獨立啟動並執行java程式它是進程層級 
a) 啟動。啟動一個Java程式時，一個JVM執行個體就產生了，任何一個擁有public static void 
main(String[] args)函數的class都可以作為JVM執行個體啟動並執行起點 
b) 運行。main()作為該程式初始線程的起點，任何其他線程均由該線程啟動。JVM內部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬於非守護線程，守護線程通常由JVM自己使用，java程式也可以表明自己建立的線程是守護線程 
c) 消亡。當程式中的所有非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程式也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出 2) JVM執行引擎執行個體則對應了屬於使用者運行程式的線程它是線程層級的  6. JVM的體繫結構 

• 類裝載器（ClassLoader）（用來裝載.class檔案）
• 執行引擎（執行位元組碼，或者執行本地方法）
• 運行時資料區（方法區、堆、java棧、PC寄存器、本地方法棧）

7. JVM運行時資料區

第一塊：PC寄存器

PC寄存器是用於儲存每個線程下一步將執行的JVM指令，如該方法為native的，則PC寄存器中不儲存任何資訊。

第二塊：JVM棧

JVM棧是線程私人的，每個線程建立的同時都會建立JVM棧，JVM棧中存放的為當前線程中局部基本類型的變數（java中定義的八種基本類型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結果以及Stack Frame，非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址。

第三塊：堆（Heap）

它是JVM用來儲存物件執行個體以及數組值的地區，可以認為Java中所有通過new建立的對象的記憶體都在此分配，Heap中的對象的記憶體需要等待GC進行回收。

（1） 堆是JVM中所有線程共用的，因此在其上進行對象記憶體的分配均需要進行加鎖，這也導致了new對象的開銷是比較大的

（2） Sun Hotspot JVM為了提升對象記憶體配置的效率，對於所建立的線程都會分配一塊獨立的空間TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根據啟動並執行情況計算而得，在TLAB上指派至時不需要加鎖，因此JVM在給線程的對象分配記憶體時會盡量的在TLAB上分配，在這種情況下JVM中指派至記憶體的效能和C基本是一樣高效的，但如果對象過大的話則仍然是直接使用堆空間分配

（3） TLAB僅作用於新生代的Eden Space，因此在編寫Java程式時，通常多個小的對象比大的對象分配起來更加高效。

（4） 所有新建立的Object 都將會儲存在新生代Yong Generation中。如果Young Generation的資料在一次或多次GC後存活下來，那麼將被轉移到OldGeneration。新的Object總是建立在Eden Space。

第四塊：方法地區（Method Area）

（1）在Sun JDK中這塊地區對應的為PermanetGeneration，又稱為持久代。

（2）方法地區存放了所載入的類的資訊（名稱、修飾符等）、類中的靜態變數、類中定義為final類型的常量、類中的Field資訊、類中的方法資訊，當開發人員在程式中通過Class對象中的getName、isInterface等方法來擷取資訊時，這些資料都來源於方法地區，同時方法地區也是全域共用的，在一定的條件下它也會被GC，當方法地區需要使用的記憶體超過其允許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤資訊。

第五塊：運行時常量池（Runtime Constant Pool）

存放的為類中的固定的常量資訊、方法和Field的引用資訊等，其空間從方法地區中分配。

第六塊：本地方法堆棧（Native Method Stacks）

JVM採用本地方法堆棧來支援native方法的執行，此地區用於儲存每個native方法調用的狀態。

8. JVM記憶體回收

GC (Garbage Collection)的基本原理：將記憶體中不再被使用的對象進行回收，GC中用於回收的方法稱為收集器，由於GC需要消耗一些資源和時間，Java在對對象的生命週期特徵進行分析後，按照新生代、舊生代的方式來對對象進行收集，以儘可能的縮短GC對應用造成的暫停

（1）對新生代的對象的收集稱為minor GC；

（2）對舊生代的對象的收集稱為Full GC；

（3）程式中主動調用System.gc()強制執行的GC為Full GC。

不同的對象參考型別， GC會採用不同的方法進行回收，JVM對象的引用分為了四種類型：

（1）強引用：預設情況下，對象採用的均為強引用（這個對象的執行個體沒有其他對象引用，GC時才會被回收）

（2）軟引用：軟引用是Java中提供的一種比較適合於緩衝情境的應用（只有在記憶體不夠用的情況下才會被GC）

（3）弱引用：在GC時一定會被GC回收

（4）虛引用：由於虛引用只是用來得知對象是否被GC

 

主要內容來自：http://baike.baidu.com/link?url=r1DppgYdvfVHc2I0uVBfCgYd0MiNXrSMKU-E3AL_O5yvrQ3fL1FNvpNgS9MUk9H-#4 及 http://wenku.baidu.com/link?url=UXf-aoHl8YCX535q4G2qC48OExWk9ttLaIPW4Qn-GvdeSrM0WSjuAbq_78MJUrHq46ZS-8OsHDCMKkwmJTmXkPrkBZmbNqOA49iDyxsLIkm

【轉】JVM介紹