概览JVM的基本结构和JVM内存结构

概览JVM的基本结构和JVM的内存结构

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这里概要介绍一下JVM在启动后，作为操作系统的一个进程的基本结构，以及从操作系统角度看，JVM如何管理它从操作系统里申请来的内存的，也就是JVM的内存结构或者叫JVM内存模型。

搞清楚了JVM的结构和JVM的内存结构，就从整体上对JVM有了一个把握，这样继续深入学习Java内存管理、JVM垃圾回收、JVM类加载机制等局部技术的时候，心中就有了全局，这样既见森林，又见树木，才能学的明白。

1、JVM的基本结构

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JVM启动后，对操作系统来说，JVM是一个的进程，这个进程的基本结构如上图所示。它包括：类加载器子系统、运行时数据区、执行引擎和本地方法接口。

运行时数据区是JVM从操作系统申请来的堆空间和操作系统给JVM分配的栈空间的总称。JVM为了运行Java程序，又进一步对运行时数据区进行了划分，划分为Java方法区、Java堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈等，这里JVM从操作系统申请来的堆空间被划分为方法区和Java堆，操作系统给JVM分配的栈空间构成Java栈。

2、从操作系统角度看JVM的内存结构

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从Linux操作系统角度看，JVM是一个普通的应用程序进程，那么JVM具有一般操作系统进程的特点，一般的进程的内存结构和JVM进程的内存结构是类似的，它们的内存结构类比参见下图。

Linux把一个程序在内存中所占的空间分为：方法区、数据区、堆区、栈区，对应地，JVM在内存中也有JVM方法区、JVM数据区、堆区和栈区。

代码区  中存放应用程序的机器代码，运行过程中代码不能被修改，具有只读和固定大小的特点。

数据区  中存放了应用程序中的全局数据，静态数据和一些常量字符串等，其大小也是固定的。

堆         是运行时程序动态申请的空间，属于程序运行时直接申请、释放的内存资源。

栈区      用来存放函数的传入参数、临时变量，以及返回地址等数据。未使用区是分配新内存空间的预备区域。

由图中可以知道，JVM堆被JVM进一步分为：运行时数据区中Java的方法区和Java堆（图中显示的是：永久、新生、老年，这是分代垃圾回收时的术语，实际上永久代和Java方法区对应，新生代和老年代和Java堆对应），也就说Java方法区和Java堆其实都是JVM堆的一部分。JVM的栈区构成了Java的线程栈。

Java方法区，在分代垃圾回收时也被称为永久区，包括了已被虚拟机加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，它实际上构成了Java程序的方法区和数据区。垃圾回收器也会对这部分内存进行回收，比如常量池的清理和类的卸载。

（这里要注意区分JVM堆和Java堆，JVM方法区和Java方法区）

Java堆包括新生代和老年代，新生代包括Edge区两个Survivor区（from Survivor 和 To Survivor）。

JVM的垃圾回收器主要工作是回收Java堆中的垃圾内存，具体来说就是JVM堆中的新生代和老年代所占的内存。垃圾回收的内容主要关注这两块区域。运行Java程序之前，可以通过Xms（Java堆初始大小）和Xmx（Java堆最大值）来调整堆内存。

关于JVM的垃圾回收器的工作过程，和它回收垃圾内存时所遵循的策略也即垃圾回收算法，可以单独写一篇文章总结，这里不再写。

3、JVM的类加载子系统

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JVM的类加载子系统主要用来加载和卸载Java类，其工作过程对应于一个类在内存中的生命周期，一般可以分为：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化、使用类和卸载类。

这个子系统的每一个阶段的工作内容可以单独总结为一篇文章，比如类的加载和类加载器，目前不在这里多写。

4、执行引擎

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执行引擎是JVM执行Java字节码的核心，执行方式主要分为：解释执行、编译执行、自适应优化执行、硬件芯片执行等方式。关于执行引擎也可以单独总结。

参考文献

1、《深入理解Java虚拟机》，周志明。

2、Linux与JVM的内存关系分析，http://tech.meituan.com/linux-jvm-memory.html

3、http://blog.hesey.net/2011/04/introduction-to-java-virtual-machine.html