Java虛擬機器體繫結構深入研究總結，java虛擬機器深入研究

Java虛擬機器體繫結構深入研究總結，java虛擬機器深入研究

工作以來，代碼越寫越多，程式也越來越臃腫，效率越來越低，對於我這樣一個追求完美的程式員來說，這是絕對不被允許的，於是除了不斷最佳化程式結構外，記憶體最佳化和效能調優就成了我慣用的“伎倆”。

要對Java程式進行記憶體最佳化和效能調優，不瞭解虛擬機器的內部原理(或者叫規範更嚴謹一點)是肯定不行的，這裡推薦一本好書《深入Java虛擬機器 (第二版)》(Bill Venners著，曹曉剛 蔣靖 譯，實際上本文正是作者閱讀本書之後，對Java虛擬機器的個人理解闡述)。當然了，瞭解Java虛擬機器的好處並不僅限於上述兩點好處。從更深一點的技術層 面上看，瞭解Java虛擬機器的規範和實現，將更加有助於我們編寫高效、穩定的Java代碼。比如，假如瞭解Java虛擬機器的記憶體模型，瞭解虛擬機器的記憶體回 收機制，那麼我們就不會過分依賴它，而會在需要的時候顯式的”釋放記憶體”(Java代碼不能顯式釋放記憶體，但是可以通過釋放對象引用告知記憶體回收行程回收該 對象需要被回收)，以降低不必要的記憶體消耗；假如我們瞭解Java棧的工作原理，那麼我們就可以通過減少遞迴層數，減少迴圈次數來降低堆疊溢位的風險。可 能對於應用開發人員來說，可能不會直接去涉及這些Java虛擬機器底層實現的工作，但是瞭解這些背景知識，或多或少，都會對我們寫的程式產生潛移默化的好的 影響。

本篇文章，將簡明扼要的說明Java虛擬機器的體繫結構和記憶體模型，如有用詞不妥或解釋不準確之處，請不吝指正，深感榮幸!

JAVA 虛擬機器體繫結構

 

類裝載子系統

Java虛擬機器有兩種類裝載器，分別是啟動類裝載器和使用者自訂裝載器。

通類裝載子系統通過類的全限定名（包名和類名，網路裝載還包括 URL）將 Class 裝載進運行時資料區。對於每一個被裝載的類型，Java虛擬機器都會建立一個java.lang.Class類的執行個體來代表該類型，該執行個體被放在記憶體中的堆 區，而裝載的類型資訊則位於方法區，這一點和所有其他對象都是一樣的。

類裝載子系統在裝載一個類型前，除了要定位和匯入對應的二進位class檔案外，還要驗證匯入類的正確性，為類變數分配並初始化記憶體，以及解析符號引用為直接引用，這些動作嚴格按照以下順序進行：

1）裝載——尋找並裝載類型的位元據；

2）串連——執行驗證，準備以及解析(可選)

3）驗證 確保被匯入類型的正確性

4）準備 為類變數分配記憶體，並將其初始化為預設值

5）解析 把類型中的符號引用轉換為直接應用

方法區

對於每一個被類裝載子系統裝載的類型，虛擬機器都會儲存下列資料到方法區：

• 類型的全限定名

• 類型超類的全限定名(java.lang.Object沒有超類)

• 類型是類類型還是介面類型

• 類型的存取修飾詞

• 任何直接超介面的全限定名有序列表

除了上述基本類型資訊，還將儲存如下資訊：

• 類型的常量池

• 欄位資訊(包括欄位名、欄位類型、欄位修飾符)

• 方法資訊(包括方法名、傳回型別、參數的數量和類型、方法修飾符，如果方法不是抽象和本地的，還將儲存方法的位元組碼、運算元棧和該方法棧幀中的局部變數區的大小和異常表)

• 常量以外的所有類變數(其實就是類的靜態變數，因為靜態變數是所有執行個體共用的，且與類型直接相關，所以他們是類一級的變數，作為類的成員被儲存在方法區)

一個到類ClassLoader的引用

//返回的就是剛才儲存的ClassLoader引用   
String.class.getClassLoader();

一個到Class類的引用

//將返回剛才儲存的Class類的引用   
String.class;

注意，方法區也是可以被記憶體回收行程回收的。

堆

Java程式在運行時建立的所有類執行個體或數組都放在同一個堆中，而每一個Java虛擬機器也是有一個對空間，所有線程共用一個堆(這就是一個多線程的Java程式會產生對象訪問的同步問題的原因了)。

由於每一種Java虛擬機器都有對虛擬機器規範的不同實現，所以我們可能不知道每一種Java虛擬機器在堆中是以何種形式表示對象執行個體的，不過我們可以通過下面這可能的實現來一窺端倪：

程式計數器

對於運行中的Java程式而言，每一個線程都有自己的PC（程式計數器）寄存器，它是在該線程啟動時建立的，大小為一個字長，用來儲存需要被執行的下一行代碼的位置。

Java棧

每一個線程都有一個Java棧，以棧幀為單位儲存線程的運行狀態。虛擬機器對Java棧的操作有兩種：壓棧和出棧，二者都已幀為單位。棧幀儲存了傳入參數、局部變數、中間運算結果等資料，在方法完成時被彈出，然後釋放。

看一下兩個局部變數相加時棧幀的記憶體快照

本地方法棧

這是 Java 叫用作業系統本地庫的地方，用來實現 JNI（Java Native Interface，Java 本地介面）

執行引擎

Java虛擬機器的核心，控制裝入 Java 位元組碼並解析；對於運行中的Java程式而言，每一個線程都是一個獨立的虛擬機器執行引擎的執行個體，從線程生命週期的開始到結束，他要麼在執行位元組碼，要麼在執行本地方法。

本地介面

串連了本地方法棧和作業系統庫。

注:文中所有提到”Java虛擬機器”的地方都是指”JavaEE和JavaSE平台的Java虛擬機器規範”。

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