JVM启动流程和内存结构

JVM是 Java 程序运行的环境,同时是一个操作系统的一个应用程序进程,因此它有自己的生命周期,也有自己的代码和数据空间.

JVM工作原理和特点主要是指操作系统装入JVM，是通过jdk中Java.exe来完成,通过下面4步来完成JVM环境.

1.创建JVM装载环境和配置

JVM装入环境，JVM提供的方式是操作系统的动态连接文件

2.装载JVM.dll

通过第一步已经找到了JVM的路径，Java通过LoadJavaVM来装入JVM.dll文件．装入工作很简单就是调用Windows API函数：

LoadLibrary装载JVM.dll动态连接库．然后把JVM.dll中的导出函数JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs挂接到InvocationFunctions变量的CreateJavaVM和GetDefaultJavaVMInitArgs函数指针变量上。JVM.dll的装载工作宣告完成。

3.初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例

这样就可以在Java中调用JVM的函数了．调用InvocationFunctions－>CreateJavaVM也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法获得JNIEnv结构的实例．

4.调用JNIEnv实例装载并处理class类。

JVM基本结构

JVM体系主要是两个JVM的内部体系结构分为三个子系统和两大组件，分别是：类装载器（ClassLoader）子系统、执行引擎子系统和GC子系统，组件是内存运行数据区域和本地接口。

· 程序计数器（PC寄存器）

PC(Program Couneter)寄存器是每个线程私有的，Java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，这个方法称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器总会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器值为Underfined。每执行一条指令 PC 都会自增，因此 PC 存储了指向下一条要被执行的指令地址。JVM 用 PC 来跟踪指令执行的位置，PC 将实际上是指向方法区（Method Area）的一个内存地址。

·  方法区（永久代）

方法区存储了每个类的信息，比如类型的常量池、字段，方法信息、方法字节码。所有线程共享同一个方法区，因此访问方法区数据的和动态链接的进程必须线程安全。如果两个线程试图访问一个还未加载的类的字段或方法，必须只加载一次，而且两个线程必须等它加载完毕才能继续执行。

（ JDK1.7中，已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。JDK1.8撤销永久代，引入元空间。 元空间是直接存在内存中，不在java虚拟机中的，因此元空间依赖于内存大小。当然你也可以自定义元空间大小。 ）

· 方法区不需要连续的内存，可以选择固定大小或者可扩展。并且还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

·  堆（Heap）

应用系统对象都保存在Java堆中，堆被用来在运行时分配类实例、数组。不能在栈上存储数组和对象。因为栈帧被设计为创建以后无法调整大小。栈帧只存储指向堆中对象或数组的引用。与局部变量数组（每个栈帧中的）中的原始类型和引用类型不同，对象总是存储在堆上以便在方法结束时不会被移除。对象只能由垃圾回收器移除。所有线程共享Java堆。

简述垃圾回收

为了支持分代垃圾回收机制，堆内存可以划分为新生代和老年代两个区域（默认新生代与老年代的空间大小为1：2）。新生代可以再划分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区（三者比例为8：1：1）。几乎所有的新对象的创建都是在Eden区进行的。在垃圾回收（GC）过程中，Eden中的活跃对象会被转移到Survivor区，当再到达一定的年龄（经历过的Minor GC的次数，每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1，对象达到一定的年龄后），会被转移到老年代中。

复制算法

·  Java栈（Java Stack）

Java栈是线程私有的内存区域，其中存储的是栈帧。 ，每一次方法调用创建一个帧，并压栈，调用完毕出栈。下面是内存的线程公有私有示意图：

如果方法methodOne方法调用了methodTwo，那么methodOne就会先入栈创建一个栈桢，接着methodTwo再入栈成为栈顶(假设没有其他的方法执行)，methodTwo执行完先出栈，接着methodOne执行完出栈。

一般由三部分组成:局部变量表、操作数据栈和帧数据区

局部变量表：可以存放的数据有8种基本数据类型（boolean，byte，char，short，int，float，long，double），对象引用和returnAddress类型。其中long和double因为是64位，会占用两个局部变量的空间。

每一个块就是一个栈，如图是两个栈

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度（比如递归调用的y时候），将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

操作数栈：主要保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中的变量临时的存储空间。 
下图是一个两数相加的操作数栈的过程： 

帧数据区：除了局部变量表和操作数据栈以外，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里帧数据区保存着访问常量池的指针，方便计程序访问常量池，另外当函数返回或出现异常时卖虚拟机子必须有一个异常处理表，方便发送异常的时候找到异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。

栈上分配

    小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸的情况下，可以直接分配在栈上

直接分配在栈上，可以自动回收，减轻GC压力

大对象或者逃逸对象无法栈上分配

·  本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈也是线程私有的内存区域，与java栈比较相似，不同之处在于该区域主要是保存Native方法相关的数据。Native方法是非Java语言编写的方法。

与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

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