JVM的工作原理是什么

這篇文章將為大家詳細講解有關JVM的工作原理是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

在JDK1.7及其以前我們所使用的都是Sun公司的HotSpot，但由于Sun公司和BEA公司都被oracle收購，jdk1.8將采用Sun公司的HotSpot和BEA公司的JRockit兩個JVM中精華形成jdk1.8的JVM。

 我們都知道java一直宣傳的口號是：一次編譯，到處運行。那么它如何實現的呢？我們看下圖：

我們先看一段代碼：

public class HelloWorld { 
   public static void main(String[] args) { 
      System.out.print("Hello world"); 
   } 
}

這段程序從編譯到運行，最終打印出“Hello world”中間經過了哪些步驟呢？我們直接上圖：

這里我們先不討論類加載的問題。

JVM的生命周期

1.啟動。啟動一個Java程序，一個JVM實例就產生。擁有public static void main(String[] args)函數的class可以作為JVM實例運行的起點。

2.運行。main()作為程序初始線程的起點，任何其他線程均可由該線程啟動。JVM內部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬于非守護線程，守護線程通常由JVM使用，程序可以指定創建的線程為守護線程。

3.消亡。當程序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，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出。

JVM執行引擎實例則對應了屬于用戶運行程序線程它是線程級別的。

JVM的體系結構

JVM的數據運行區

JVM調優主要就是優化 Heap堆 和 Method Area 方法區。

Method Area方法區

方法區是被所有線程共享，所有字段和方法字節碼，以及一些特殊方法如構造函數，接口代碼也在此定義。簡單說，所有定義的方法的信息都保存在該區域，此區域屬于共享區間。

靜態變量+常量+類信息+運行時常量池存在方法區中，實例變量存在堆內存中。

Stack 棧

棧中的數據都是以棧幀（Stack Frame）的格式存在，棧幀是一個內存區塊，是一個數據集，是一個有關方法和運行期數據的數據集，當一個方法A被調用時就產生了一個棧幀F1，并被壓入到棧中，A方法又調用了B方法，于是產生棧幀F2也被壓入棧，B方法又調用了C方法，于是產生棧幀F3也被壓入棧…… 依次執行完畢后，先彈出后進......F3棧幀，再彈出F2棧幀，再彈出F1棧幀。

遵循“先進后出”/“后進先出”原則。

Heap 堆

堆這塊區域是JVM中最大的，應用的對象和數據都是存在這個區域，這塊區域也是線程共享的，也是 gc 主要的回收區，一個 JVM 實例只存在一個堆類存，堆內存的大小是可以調節的。類加載器讀取了類文件后，需要把類、方法、常變量放到堆內存中，以方便執行器執行，堆內存分為三部分：

① 新生區

新生區是類的誕生、成長、消亡的區域，一個類在這里產生，應用，最后被垃圾回收器收集，結束生命。新生區又分為兩部分：伊甸區（Eden space）和幸存者區（Survivor pace），所有的類都是在伊甸區被new出來的。幸存區有兩個：0區（Survivor 0 space）和1區（Survivor 1 space）。當伊甸園的空間用完時，程序又需要創建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園進行垃圾回收（Minor GC）,將伊甸園中的剩余對象移動到幸存0區。若幸存0區也滿了，再對該區進行垃圾回收，然后移動到1區。那如果1去也滿了呢？再移動到養老區。若養老區也滿了，那么這個時候將產生Major GC（FullGCC），進行養老區的內存清理。若養老區執行Full GC 之后發現依然無法進行對象的保存，就會產生OOM異常“OutOfMemoryError”。

如果出現java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space異常，說明Java虛擬機的堆內存不夠。原因有二：

a.Java虛擬機的堆內存設置不夠，可以通過參數-Xms、-Xmx來調整。

b.代碼中創建了大量大對象，并且長時間不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

② 養老區

養老區用于保存從新生區篩選出來的 JAVA 對象，一般池對象都在這個區域活躍。

③ 永久區

永久存儲區是一個常駐內存區域，用于存放JDK自身所攜帶的 Class,Interface 的元數據，也就是說它存儲的是運行環境必須的類信息，被裝載進此區域的數據是不會被垃圾回收器回收掉的，關閉 JVM 才會釋放此區域所占用的內存。

如果出現java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，說明是Java虛擬機對永久代Perm內存設置不夠。原因有二：

a. 程序啟動需要加載大量的第三方jar包。例如：在一個Tomcat下部署了太多的應用。

b. 大量動態反射生成的類不斷被加載，最終導致Perm區被占滿。

JVM垃圾回收

（一）引用計數（Reference Counting）:

比較古老的回收算法。原理是此對象有一個引用，即增加一個計數，刪除一個引用則減少一個計數。垃圾回收時，只用收集計數為0的對象。此算法最致命的是無法處理循環引用的問題。

（二）標記-清除（Mark-Sweep）:

 此算法執行分兩階段。第一階段從引用根節點開始標記所有被引用的對象，第二階段遍歷整個堆，把未標記的對象清除。此算法需要暫停整個應用，同時，會產生內存碎片。

（三）復制（Copying）:

 此算法把內存空間劃為兩個相等的區域，每次只使用其中一個區域。垃圾回收時，遍歷當前使用區域，把正在使用中的對象復制到另外一個區域中。算法每次只處理正在使用中的對象，因此復制成本比較小，同時復制過去以后還能進行相應的內存整理，不會出現“碎片”問題。當然，此算法的缺點也是很明顯的，就是需要兩倍內存空間。

（四）標記-整理（Mark-Compact）:

  此算法結合了“標記-清除”和“復制”兩個算法的優點。也是分兩階段，第一階段從根節點開始標記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，清除未標記對象并且把存活對象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標記-清除”的碎片問題，同時也避免了“復制”算法的空間問題。

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