JVM概念及虛拟機棧——JVM（1）

一.Java從編譯到運作的過程

1.圖示（JDK,JRE,JVM三者關系）

​

​java​

​​檔案經過​

​javac​

​​的編譯後形成了​

​class​

​位元組碼檔案，然後送入JVM在JRE的類庫的幫助下進行類加載。從這張圖也可以看出JDK,JRE,JVM之間的關系。

2.三者關系

• JVM: JVM隻是一個翻譯，把Class翻譯成機器識别的代碼，但是需要注意，JVM 不會自己生成代碼，需要大家編寫代碼，同時需要很多依賴類庫，這個時候就需要用到JRE。
• JRE: JRE是什麼，它除了包含JVM之外，還提供了很多的類庫（就是我們說的jar包，它可以提供一些即插即用的功能，比如讀取或者操作檔案，連接配接網絡，使用I/O等等之類的）這些東西就是JRE提供的基礎類庫。JVM 标準加上實作的一大堆基礎類庫，就組成了 Java 的運作時環境，也就是我們常說的 JRE（Java Runtime Environment）。
• JDK: 但對于程式員來說，JRE還不夠。我寫完要編譯代碼，還需要調試代碼，還需要打包代碼、有時候還需要反編譯代碼。是以我們會使用JDK，因為JDK還提供了一些非常好用的小工具，比如​

  ​javac​

  ​​（編譯代碼）、​

  ​javap​

  ​（反編譯）等。這個就是JDK。

二.JVM是一種規範

為什麼說JVM是一種規範呢？有以下兩個原因

①JVM的跨平台性

同一個Java程式，可以在多個不同的作業系統上執行，不受平台的影響（當然前提是你安裝了屬于此平台的JDK）。比如安裝了windows版本的JDK，我的Java程式就可以在windows作業系統上面運作。

②JVM的語言無關性

JVM識别的就是class檔案，不管你是什麼語言，Java也好，kotlin也好，還是你自己創的語言也好，隻要能編譯成class檔案，JVM就能識别并進行操作。

綜上，我們說JVM是一種規範。

常見的JVM實作有

我們用的一般就是Hotspot

下面我們看一下JVM是怎麼規範的

三.JVM對記憶體的規範

JVM在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若幹個不同的資料區域，也就是對記憶體進行規範化。我們把進行規範化的這塊區域叫做運作時資料區域。裡面包含的内容如圖所示

根據是否為線程共享，分成兩部分。

一部分是線程共享區，裡面有方法區（方法區在hotspot中有時被稱為永久代、元空間）和堆，另一部分是線程私有區，裡面有虛拟機棧，本地方法棧，程式計數器。

除了運作時資料區域之外，還有沒經過虛拟化的直接記憶體，也就是沒經過規範化的記憶體。這部分也可以被Java程式所使用。比如電腦記憶體是16G，JVM占用了5G，那麼剩下的11G就被稱為直接記憶體。但是這部分使用起來不太友善。

1.虛拟機棧講解

①概念

存儲目前線程運作java方法所需的資料，指令，傳回位址。有棧幀這個概念，一個方法就是一個棧幀。

②執行個體示範

比如這一段程式，是在​

​main​

​​方法中​

​A​

​​調用​

​B​

​​，然後​

​B​

​​調用​

​C​

​。那麼在程式執行的過程中，虛拟機棧發生的變化是這樣的。

首先main方法是主線程，我們命名為線程1，執行main方法的時候，main方法會作為一個棧幀，進入虛拟機棧内

然後main方法調用A方法，A方法作為另一個棧幀進入虛拟機棧

以此類推

虛拟機棧還可以進行大小設定，預設值取決于平台，具體怎麼設定不用管。

這樣的話就掌握了虛拟機棧和棧幀的概念了

2.棧幀裡面有什麼

一般來講有四個，分别是局部變量表，操作數棧，動态連接配接（這個先不管），完成出口。

• 先解釋下程式計數器吧，它指向目前線程正在執行的位元組碼指令的位址。

我們換一張圖，繼續對棧幀進行細緻的講解

示範程式如下

這一部分示範程式非常簡單，就不再解釋了。我們之前說，JVM針對的是位元組碼檔案即class檔案，是以我們展示下上述代碼編譯後形成的class檔案

我們隻看​

​work​

​方法的紅框部分

最左邊的數字，後面帶個冒号的那些數字，是位元組碼的位址，也就是位元組碼的偏移量，程式計數器儲存的就是這個值。比如程式計數器儲存着1，那麼下一步就執行​

​istore_1​

​這個指令。OK，下面讓我們來詳細示範下這個過程。

①iconst_1、istore_1

後面兩步和前兩步一樣.

②iconst_2、istore_2

③然後執行iload_1、iload_2

④iadd

⑤bipush 10

⑥imul

這個也是分了兩步

後面兩步就是把這個30存到局部變量表，然後又取出來，最後通過完成出口完成，并傳回這個30。

完成出口是調用此方法的那個位置，比如這裡是在​

​main​

​方法的第三行調用的此方法

那麼完成出口可能就記3，然後方法傳回的時候就通過3來傳回到方法調用的位置，繼續向下執行

OK，以上就是通過一段程式，來對棧幀裡面的結構進行的介紹。

3.本地方法棧

本地方法棧跟 Java 虛拟機棧的功能類似，Java 虛拟機棧用于管理 Java 函數的調用，而本地方法棧則用于管理本地方法的調用。但本地方法并不是用 Java 實作的，而是由 C 語言實作的(比如​

​Object.hashcode​

​​方法)。

本地方法棧是和虛拟機棧非常相似的一個區域，它服務的對象是 ​​

​native​

​ 方法。你甚至可以認為虛拟機棧和本地方法棧是同一個區域。HotSpot直接把本地方法棧和虛拟機棧合二為一 。

4.運作時資料區中的其他區域

除了剛剛講的線程私有區和直接記憶體，還有方法區和堆。那麼一段程式執行後，某些代碼在哪些區域是怎麼劃分的呢？看下面的代碼

• ​

  ​age​

  ​​和​

  ​sex​

  ​都是靜态變量或者常量，這些是跟随着類的，會在方法區裡面。
• 後兩個​

  ​object​

  ​​和​

  ​isKing​

  ​​是成員變量，是跟随着對象的，等對象​

  ​new​

  ​​出來之後他們才有，而對象是在堆裡面​

  ​new​

  ​的，是以他們兩個也在堆裡面。
• ​

  ​main​

  ​​方法裡面的​

  ​x​

  ​​和​

  ​y​

  ​​還有​

  ​lobject​

  ​都是局部變量，會在局部變量表裡面。

四.深入了解JVM記憶體處理

執行個體代碼

它運作的時候，記憶體處理的流程是

• ①JVM申請記憶體

  ②初始化運作時資料區

  ③類加載

  ④執行方法

  ⑤建立對象

前三步完成以後，會是這個樣子

最後建立對象，是這樣子

那麼對象建立了，如何進行回收呢？下篇文章将會詳細講解垃圾回收機制，現在我們隻需要知道，堆可以分成兩部分，新生代和老年代，新生代又可以分成三部分

了解：JHSDB工具的使用