java虚拟机入门(一)-jvm基础

转行学java之前，总是听着大佬们说着java像个渣男一样可以跨平台，一次编译到处运行，瞬间，我就坚定了学java的信念，哎呀妈呀，得劲。真的学java之后，好像渣男也不是那么好学的，尤其这货的必杀技，各年龄段（操作系统）通杀太难了，这可激起了我的小暴脾气，还有能难倒小灏哥的，终于在我兢兢业业的努力下，发现了一个道理，还真有。随着慢慢攻克，看书，看看视频课，也了解了些皮毛，写出来当做个笔记吧。

学习的第一步，就是去oracle官网下载，下载完打开发现有俩目录jdk和jre，这就尴尬了，我要学的不是jvm虚拟机吗，我要学的不是他那处处可留情的必杀技吗，咋越整越多了，这三个东西困扰了我很久，背过，半个月就忘，这可咋整，我可是要当海贼王的男人，怎么能被区区jvm，jdk，jre难倒呢，耳边响起了某位大佬的二字真言：理解。背是行不通了，再花点时间钻研钻研吧。先百度瞅瞅：

jvm：Java Virtual Machine（java虚拟机）

jre：Java Runtime Environment（java运行环境）

jdk：java development kit （java开发工具包）

还是没太搞懂是啥，先看一下java下载下来的jdk和jre有啥吧，先打开jdk，

里面有一些目录和文件，其中一个好像很熟悉的样子-----jre，咦，这个不是在外层目录吗，难道他会瞬移，退回上级目录：

还好，他还在，点开两个jre：

基本上是一样的，我就猜这jdk是不是就是包含jre的呢，不然这oracle官网下载下来的东西，还能有问题？

这时候，大牛们就该读源码了，而我则继续百度，发现了一张图：

这张图应该是比较全面了，我们通常说的jdk是包含jre的，而通常说的jre是包含jvm的，jvm运行在os操作系统之上，而像一些开发工具，则是在这jdk基础之上，做了更多的完善，让我们更方便的去开发代码。

了解了他们的关系之后，再逐一了解他们的功能：

大家应该都知道，jvm是个渣男，他可不只是java的jvm，很多语言都可以在jvm上运行，只要你可以编译成class文件，我都可以任你在我的肉体上运行，它的最大功能也就是解释执行class文件。

jre比起jvm来说，稍微收敛一点，他包含了运行class文件需要的类库，他虽然也渣，但是好歹是知道老婆还是java，只不过背地里在什么系统上鬼混就说不准了。

jdk对于java开发来说，最直接面对的，也是最熟悉的，jdk包含了jre，是我们开发用的，其实没有jdk也能运行程序了，但是作为一个开发，没有jdk，你写的代码不能编译成class也没用。

我们现在也算是知道这三个渣男有啥关系，分别有啥用，对于学习java虚拟机来说，也算是打过招呼了，那么接下来，就先深入了解一下jvm的内存是怎么划分的：

线程私有区域：本地方法栈，虚拟机栈，程序计数器

线程共享区域：方法区，堆，运行时常量池

直观点的可以看下上面的内存区域图，细心点的会发现，这个图比我上面写的多了一个叫直接内存的灰色地带，他可是不被外界承认的备胎，他不属于运行时数据区，但是却又经常会用到他，备胎功底雄厚，后面介绍完了这些正牌，也介绍一下他。

虚拟机栈：

首先来聊一下虚拟机栈，大家都知道，栈的数据结构是先进后出，每个线程都会有自己的一块虚拟机栈，虚拟机栈里面是一个个的栈帧，在每次方法调用时，就会创建一个栈帧并将对应的栈帧压栈，方法执行完出栈，就这样跟着方法调用的节奏频繁的一进一出，在设计的时候，也是考虑了方法调用的模型。

栈帧里面主要包含局部变量表，操作数栈，动态连接和返回地址：

局部变量表： 用来存放八大基本类型和局部变量对象引用的地方，我们在方法执行的时候，传参、定义的局部变量都会存放到这里，供计算时，操作数栈存取，它是一个32位的长度，一般的32位也可以放的下，放不下的，占64位的高低位存放。

操作数栈：在执行计算操作时，会从局部变量表里面获取数据(可以使任意java数据类型)放到操作数栈，然后计算完成再从操作数栈移除，并存入局部变量表。

动态连接：这货有点牛，java从入门到放弃都知道这个-->多态，后面聊动态分派时会详细聊到。

返回地址：正常调用程序计数器的返回地址作为返回，具体操作：

1.恢复局部变量表和操作数栈

2.返回值压入调用者操作数栈

3.调整程序计数器指向下一个命令处

其实这一块理解不够透彻的可以想象一下方法的调用，比如我在一个方法里面调用另一个方法，我在方法调用完成出来之前首先要将这个栈帧的数据清掉，返回值自然是外层方法要用到的了，然后呢，就要调用下一步了，自然要调整程序计数器的指向。

异常返回通过异常处理器表来确定。

程序计数器：

    上面说了，程序计数器是线程私有的，他是记录了当前线程执行的字节码行号地址，由于 Java 是多线程语言，当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令，如果没有程序计数器的保证，线程无法保证当前程序顺序执行。

    相比于普通方法，native方法是特殊的，他的执行是不是jvm具体管理的，所以jvm的程序计数器在执行native方法的时候，一直保持为空，它的调用是操作系统层面的程序计数器来记录的。

 本地方法栈：

      跟虚拟机栈没啥区别，虚拟机栈执行普通方法，本地方法栈执行native方法

上面介绍完了线程私有的jvm内存区域划分，其实对于线程私有的对于天生多线程的java，是否也是一个天生线程安全的方式呢，由jvm自行处理，又不用加锁就可以实现线程安全，我觉得也是我们在设计线程安全需要考虑的方向吧。

接下来开始介绍线程共享的，首先来介绍方法区：

方法区：

       方法区是线程共享的，他主要存储类的结构信息，运行时常量池（1.8以后放到堆里面了，但其实他的定位应该还是属于方法区的范畴），构造函数，方法数据等，总的来说其实就是存放初始化时需要用到的数据。

方法区和永久代以及元空间是很容易搞混的，尤其是永久代和方法区，其实方法区相当于是jvm对内存的逻辑划分，而永久代和元空间是jdk1.7以前和jdk1.81以后分别对方法区的不同实现，我们以前用过jdk1.6版本，公司很抠门，都是2G的内存，使用默认的配置经常会出现 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen异常，相信这个异常很多人都很熟悉，其实这个就是永久代内存溢出，而现在，我们一般都用16g内存，而且jdk1.8之后的元空间不设置参数只受本机内存的限制，想要体验一下的同学可以在vm参数加上-XX:MaxMetaspaceSize=1M，就能很快看到OutOfMemoryError: Metaspace，可见两者实现还是不一样的。

看到这里，oracle官方为啥要将永久代弃掉而改用元空间呢，首先按官方来说，是为了融合HotSpot和JRockit,因为JRockit没有永久代，其次的话，永久代必须要配置分配空间，而太小很容易内存溢出，太大又太占空间，为其分配多少内存很难确定（永久代的大小依赖因素太多，如常量池大小，方法的大小，class等）永久代在每次FullGc都可能呗回收，而回收率很低，而元空间存储在本地内存，不需要考虑这么多。

运行时常量池：

        运行时常量池就是用来将class常量池的符号引用转为直接引用。

堆：

      堆是jvm上最大的一块区域，也是我们后面聊到的垃圾回收器GC主要光顾的地方，因为我们几乎所有的对象（几乎是因为会存在栈上分配以及八大基本对象等，但这些毕竟是小部分）都在堆中，堆给人的感觉就是个沙盘，承载了那么多的对象就像是一个个沙兵，而这些对象的引用就像是一根根连接沙兵的线都放在栈上（结合上面说的其实就是放到局部变量表里，这时候就有问题了，局部变量表是线程私有的，那我们常说的线程安全还需要考虑吗，其实就是因为这边存放的是引用，别的线程也拿到一个引用指向这个对象，那还不是随便改），栈就像是个军师一样，在沙盘上指点着干掉这个引用，垃圾回收器回收的时候就会把这些对象给干掉（当然不止这么简单，垃圾回收后面也会细讲）。

直接内存：

        直接内存又叫堆外内存，jvm运行时会首先申请一块块内存，分配给堆、栈、方法区等，而jvm没有申请的内存，就是直接内存，其实就是jvm管不到的地方，很神奇哈，jvm管不到的地方，为啥要了解呢，因为随着java生态的发展，我们不仅仅要用好申请的资源，没申请的有机会也要用好，提升资源的利用率，比如说使用NIO的话，就会频繁用到这一块，可以用java的directByteBuffer 对象操作，也可以用-XX:MaxDirectMemorySize来设置它的大小。

这一篇简单介绍了一下jvm的轮廓，相信看完之后，对jvm大体上有一个全面的了解了吧，jvm是是比较基础的知识，枯燥无味，很多东西看不见，摸不着，平时可能还用不到，但学好java，还是必须要有这方面的基础的，希望看到我文章的有缘人一起学习，共同进步吧。

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