為什么Java程序需要運(yùn)行在虛擬機(jī)上
因?yàn)镴ava在設(shè)計(jì)之初的跨平臺(tái)特性，我們知道Java程序是運(yùn)行在Java虛擬機(jī)上的。如果你要問為什么Java程序要運(yùn)行在虛擬機(jī)上，我可以反問你幾個(gè)問題。
為什么買來的電器插上電就能直接使用？你可能會(huì)說骂际，因?yàn)殡娛腔A(chǔ)設(shè)施。電源有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)冈欢，電器有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)歉铝，所以買來的電器插上電就能用。
不同的電器需要的電源標(biāo)準(zhǔn)不同（臺(tái)燈和電飯煲的功率）凑耻，為什么我們不能給不同的電器配置不同的電源呢太示？因?yàn)樘闊┝四停m然這樣我們能讓每個(gè)電器都達(dá)到最適應(yīng)的效率，但是代價(jià)未免太大了些类缤。想一想臼勉，別人需要用你家的電器時(shí)首先要先配一個(gè)合適的發(fā)電機(jī)。
所以電力基礎(chǔ)設(shè)施需要把不同的發(fā)電方式發(fā)出的電接入同一個(gè)電網(wǎng)餐弱， 電力公司負(fù)責(zé)調(diào)度分配電力宴霸，并且在使用的時(shí)候提供相同標(biāo)準(zhǔn)的輸出。雖然這個(gè)過程損失了一部分電力膏蚓，但是大大提高了我們使用電器的便利瓢谢。
那么回過頭來看Java虛擬機(jī)。為什么Java程序要運(yùn)行在虛擬機(jī)上驮瞧，這是因?yàn)槲覀冃枰獙?shí)現(xiàn)一次編譯到處運(yùn)行（統(tǒng)一的電源標(biāo)準(zhǔn)）氓扛。那么為什么C++不是跨平臺(tái)的呢，因?yàn)镃++編譯時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)換為與機(jī)器關(guān)聯(lián)的機(jī)器碼论笔，這導(dǎo)致了C++編譯的程序只能在特定的機(jī)器上運(yùn)行（類似于給不同的電器配置了不同的電源）幢尚。
Java的內(nèi)存區(qū)域
說回Java虛擬機(jī)，我們知道C++程序員是需要手動(dòng)清理內(nèi)存的翅楼，Java程序不需要手動(dòng)清理，其內(nèi)存管理由虛擬機(jī)負(fù)責(zé)真慢。那么Java是如何管理內(nèi)存的呢毅臊？
Java虛擬機(jī)會(huì)把它管理的內(nèi)存劃分成幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)。如下圖所示:
1.程序計(jì)數(shù)器(PC寄存器)
程序計(jì)數(shù)器時(shí)當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器黑界。因?yàn)镴ava虛擬機(jī)的多線程輪換是通過線程輪流切換分配處理器執(zhí)行時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的管嬉，所以每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器。
另外朗鸠，Java程序既有Java方法也有本地方法蚯撩。假如線程執(zhí)行的是Java方法，那么程序計(jì)數(shù)器記錄的是當(dāng)前執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址烛占。如果是本地方法胎挎，則計(jì)數(shù)器值為空。此區(qū)域是Java虛擬機(jī)規(guī)范中唯一的沒有規(guī)定OutOfMemoryError的區(qū)域忆家。
2.Java虛擬機(jī)棧
Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的犹菇，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表芽卿、操作數(shù)棧揭芍、動(dòng)態(tài)鏈表、方法出口等信息卸例。當(dāng)退出當(dāng)前執(zhí)行的方法時(shí)称杨，不管是正常返回還是異常返回肌毅，Java虛擬機(jī)均會(huì)彈出當(dāng)前線程棧幀并舍棄。
3.本地方法棧
本地方法棧跟Java虛擬機(jī)棧的作用基本相同姑原，本地方法棧其實(shí)是Native方法執(zhí)行過程中存儲(chǔ)方法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的椥空間。
4.Java堆
Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)管理內(nèi)存中最大的一塊页衙。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域摊滔，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的時(shí)存放對(duì)象實(shí)例店乐。另外Java堆也是垃圾回收器管理的主要區(qū)域艰躺，因此很多時(shí)候也成為「GC堆」。
5.方法區(qū)
方法區(qū)和Java堆一樣眨八，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域腺兴，它是用來存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量廉侧、靜態(tài)變量页响、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
其中常量會(huì)單獨(dú)放置在運(yùn)行時(shí)常量池(JDK8中放到了堆中)中段誊。運(yùn)行時(shí)常量池具備動(dòng)態(tài)性闰蚕，也就是在程序運(yùn)行期間也可以將新的常量放入池中，這種特性使用較多的事String類的intern()方法连舍。
6.直接內(nèi)存
直接內(nèi)存不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分没陡，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但是這部分內(nèi)存的頻繁使用也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)索赏。
JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)類盼玄，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用本地函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存潜腻，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作埃儿。在一些常見中這種操作能顯著提高性能。
總結(jié)
本篇我們了解了為什么Java虛擬機(jī)需要運(yùn)行在虛擬機(jī)上融涣，用了一個(gè)電源和電器的例子童番。Java虛擬機(jī)將內(nèi)存分成兩種，線程共享和線程獨(dú)占內(nèi)存區(qū)域威鹿。其中線程獨(dú)占的區(qū)域有程序計(jì)數(shù)器妓盲、Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧专普。線程共享區(qū)域有Java堆悯衬、方法區(qū)(包括運(yùn)行時(shí)常量池)。在Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)之外還有直接內(nèi)存，此區(qū)域可以使用堆外內(nèi)存來提升I/O的速度筋粗。
