目錄

1. 打怪升級(jí)，你繞不開JVM

2. JVM 區(qū)域劃分

3. 程序計(jì)數(shù)器

4. Java虛擬機(jī)棧

5. Java堆內(nèi)存

6. 方法區(qū) / Metaspace

7. 本地方法棧

8. 堆外內(nèi)存

9. 全文總結(jié)

1. 打怪升級(jí)上沐，你繞不開JVM

JVM伶选，對(duì)Java程序員進(jìn)階而言，是一個(gè)絕對(duì)繞不開人乓，也不能繞開的話題卤橄。

在你打怪升級(jí)筑煮、進(jìn)階蛻變的路上辛蚊，勢(shì)必會(huì)遇到項(xiàng)目上線中各種OOM、GC等問題真仲，此時(shí)JVM的功底就至關(guān)重要了袋马。

這篇文章，我們將從自己寫的代碼運(yùn)行角度出發(fā)秸应，將JVM“開膛破肚”虑凛”纾看看我們寫的代碼，在JVM的各區(qū)域都干了些啥桑谍？

多說一句延柠，對(duì)于Java工程師的面試，JVM也是必問的一環(huán)锣披，因此無論從面試還是實(shí)際工作贞间，你都很有必要夯實(shí)自己的JVM功底。

扯得有點(diǎn)遠(yuǎn)雹仿，趕緊拉回來增热，馬上進(jìn)入正題！

2. JVM 區(qū)域劃分

jvm的區(qū)域胧辽，大致有以下幾塊：

程序計(jì)數(shù)器

虛擬機(jī)棧

堆

方法區(qū)

本地方法棧

接下來我們將JVM當(dāng)成一個(gè)生物體峻仇，上述部分就是其不同器官。我們將從自己寫的Java代碼如何通過JVM來運(yùn)行這一角度邑商，來分析JVM里這些“器官”是如何支撐我們的Java代碼跑起來的摄咆。

3. 程序計(jì)數(shù)器

假設(shè)我們有如下的一個(gè)類，就是最最基本的一個(gè)HelloWorld而已：

public class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("Hello World");

}

}

上面那段代碼首先會(huì)存在于 “.java” 后綴的文件里奠骄，這個(gè)文件就是java源代碼文件。

但是這個(gè)文件是面向我們程序員的番刊，計(jì)算機(jī)是看不懂這段代碼的含鳞。

所以此時(shí)就得通過編譯器，把“.java”后綴的源代碼文件編譯為“.class”后綴的字節(jié)碼文件芹务。

這個(gè)“.class”后綴的字節(jié)碼文件里蝉绷，存放的就是對(duì)你寫出來的代碼編譯好的字節(jié)碼了。

字節(jié)碼才是計(jì)算器可以理解的一種語言枣抱，而不是我們寫出來的那一堆代碼熔吗。這個(gè)字節(jié)碼看起來大概是下面這樣的：

注：這段字節(jié)碼并不是完全對(duì)照著HelloWorld那個(gè)類來寫的，就是給一段示例佳晶，讓大家知道“.java”翻譯成的“.class”是大概什么樣子的桅狠。

大概給各位解釋一下，圖中比如“0: aload_0”這樣的就是“字節(jié)碼指令”轿秧，他對(duì)應(yīng)了一條條機(jī)器指令中跌，計(jì)算機(jī)只有讀到這種機(jī)器碼指令，才知道具體應(yīng)該要干什么菇篡。

比如字節(jié)碼指令可能會(huì)讓計(jì)算機(jī)從內(nèi)存里讀取某個(gè)數(shù)據(jù)漩符，或者把某個(gè)數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)存里去。各種各樣的指令驱还，會(huì)指示計(jì)算機(jī)去干各種各樣的事情嗜暴。

所以到這里凸克，大家首先明白的第一點(diǎn)：Java代碼是會(huì)被翻譯成字節(jié)碼的，不同字節(jié)碼指令指揮計(jì)算機(jī)干不同的事情闷沥。

那么在執(zhí)行字節(jié)碼指令的時(shí)候萎战，JVM里的程序計(jì)數(shù)器作用是啥呢？

答案是：用來記錄每個(gè)線程當(dāng)前執(zhí)行的字節(jié)碼指令的位置狐赡，即記錄當(dāng)前線程目前執(zhí)行到了哪一條字節(jié)碼指令撞鹉。

在實(shí)際中，會(huì)有多個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行各種不同的代碼颖侄，所以每個(gè)線程都有自己的程序計(jì)數(shù)器鸟雏，專門記錄當(dāng)前線程目前執(zhí)行到了哪一條字節(jié)碼指令。

下圖更加清晰的展示出了他們之間的關(guān)系览祖。

4. Java虛擬機(jī)棧

好孝鹊，我們接著來看。大家都清楚展蒂，Java代碼執(zhí)行時(shí)又活，一定是線程來執(zhí)行某個(gè)方法中的代碼。就算是最基礎(chǔ)的 HelloWorld 锰悼，也會(huì)有一個(gè)main線程來執(zhí)行main方法里的代碼柳骄。

在方法里，經(jīng)常會(huì)定義一些方法內(nèi)的局部變量箕般，比如下面這樣耐薯，在方法里定義了一個(gè)局部變量“name”。

public void sayHello() {

String name = "hello";

}

所以咱們JVM的這個(gè)“器官”就要出場(chǎng)了丝里，JVM必須有一塊區(qū)域是來保存每個(gè)方法內(nèi)的局部變量等等數(shù)據(jù)的曲初，這個(gè)區(qū)域就是Java虛擬機(jī)棧

為什么需要這個(gè)區(qū)域？因?yàn)槊總€(gè)線程都會(huì)去執(zhí)行各種方法的代碼杯聚，方法內(nèi)還會(huì)嵌套調(diào)用其他的方法臼婆，所以每個(gè)線程都要有自己的Java虛擬機(jī)棧。

如果線程執(zhí)行了一個(gè)方法幌绍，那么就會(huì)為這個(gè)方法調(diào)用創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的一個(gè)棧幀

棧幀里就有這個(gè)方法的局部變量表 颁褂、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接傀广、方法出口等東西痢虹。這里別的東西不太好理解，后面我們?cè)偻ㄟ^其他文章詳細(xì)闡述主儡，這里先理解一個(gè)局部變量就可以奖唯。

回到上面的例子，比如一個(gè)線程調(diào)用了上面寫的“sayHello”方法糜值，那么就會(huì)為“sayHello”方法創(chuàng)建一個(gè)棧幀丰捷，壓入線程自己的Java虛擬機(jī)棧里面去坯墨。

在棧幀的局部變量表里就會(huì)有“name”這個(gè)局部變量，下圖展示了這個(gè)過程病往。

接著如果“sayHello”方法調(diào)用了另外一個(gè)“greeting”方法 捣染，比如下面那樣的代碼：

這時(shí)會(huì)給“greeting”方法又創(chuàng)建一個(gè)棧幀，壓入線程的Java虛擬機(jī)棧停巷。

想想為啥會(huì)這樣耍攘？因?yàn)閟ayHello方法里開始執(zhí)行g(shù)reeting方法了，而且greeting方法的棧幀的局部變量表里有一個(gè)“greet”變量畔勤，它是greeting方法的局部變量蕾各。

下圖展示了這個(gè)過程：

接著如果“greeting”方法執(zhí)行完畢了，就會(huì)把“greeting”方法對(duì)應(yīng)的棧幀從Java虛擬機(jī)棧里給出棧庆揪，然后如果“sayHello”方法也執(zhí)行完畢了式曲，就會(huì)把“sayHello”方法也從Java虛擬機(jī)棧里出棧。

這就是JVM中的Java虛擬機(jī)棧這個(gè)組件的作用缸榛。

這塊大家需要記住的是：調(diào)用執(zhí)行任何方法時(shí)吝羞，都會(huì)給方法創(chuàng)建棧幀，然后入棧内颗。

在棧幀里存放了這個(gè)方法對(duì)應(yīng)的局部變量之類的數(shù)據(jù)钧排，包括這個(gè)方法執(zhí)行的其他相關(guān)的信息，方法執(zhí)行完畢之后就出棧均澳。

5. Java堆內(nèi)存

JVM中有另外一個(gè)非常關(guān)鍵的區(qū)域恨溜，就是Java堆，用來存放我們?cè)诖a中創(chuàng)建的各種對(duì)象的负懦，比如下面的代碼：

public void teach(String name) {

Student student = new Student(name);

student.study();

}

上面的 “new Student(name)” 就創(chuàng)建了一個(gè)Student類型的對(duì)象實(shí)例筒捺，這個(gè)對(duì)象實(shí)例里面會(huì)包含一些數(shù)據(jù)柏腻。類似Student這樣的對(duì)象纸厉，就會(huì)存放在Java堆內(nèi)存里。

然后方法的棧幀的局部變量表里五嫂，這個(gè)引用類型的“student”局部變量就會(huì)存放Student對(duì)象的地址颗品。你可以認(rèn)為局部變量表里的“student”指向了Java堆里的Student對(duì)象。

下圖展示了這個(gè)過程：

6. 方法區(qū) / Metaspace

這個(gè)方法區(qū)是在JDK 1.8以前的版本里沃缘，代表JVM中的一塊區(qū)域躯枢，主要是放類似Student類自己的信息的，平時(shí)用到的各種類的信息槐臀，都是放在這個(gè)區(qū)域里的锄蹂，還會(huì)有一些類似常量池的東西放在這個(gè)區(qū)域里。

但是在JDK 1.8以后水慨，這塊區(qū)域的名字改了得糜，叫做“Metaspace”敬扛，可以認(rèn)為是“元數(shù)據(jù)空間”這樣的意思，當(dāng)然主要還是存放我們自己寫的各種類相關(guān)的信息朝抖。

7. 本地方法棧

在JDK很多底層API里啥箭，比如IO相關(guān)的，NIO相關(guān)的治宣，網(wǎng)絡(luò)Socket相關(guān)的急侥，如果大家去看他內(nèi)部的源碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地方都不是Java代碼侮邀。

很多地方都會(huì)去走native方法坏怪，去調(diào)用本地操作系統(tǒng)里面的一些方法，可能調(diào)用的都是c語言寫的方法豌拙，或者一些底層類庫(kù)陕悬，比如下面這樣的：

public native int hashCode();

在調(diào)用這種native方法的時(shí)候，就會(huì)有線程對(duì)應(yīng)的本地方法棧按傅，這個(gè)里面也是跟Java虛擬機(jī)棧類似的捉超，也是存放各種native方法的局部變量表之類的信息。

關(guān)于這塊唯绍，這里就不展開講了拼岳，后續(xù)有機(jī)會(huì)我們?cè)賹懳恼聦ｉT闡述。

8. 堆外內(nèi)存

還有一個(gè)區(qū)域况芒，不屬于JVM惜纸，通過NIO中的allocateDirect這種API，可以在Java堆外分配內(nèi)存空間绝骚，然后通過Java虛擬機(jī)里的 DirectByteBuffer 來引用和操作堆外內(nèi)存空間耐版。

很多技術(shù)都會(huì)用這種方式，因?yàn)橛幸恍﹫?chǎng)景下压汪，堆外內(nèi)存分配可以提升性能粪牲。

9. 全文總結(jié)

最后做一點(diǎn)總結(jié)：

Java代碼通過JVM運(yùn)行時(shí)，首先一定會(huì)一行一行執(zhí)行編譯好的字節(jié)碼指令

然后在執(zhí)行的過程中止剖，對(duì)于方法的調(diào)用腺阳，會(huì)通過Java虛擬機(jī)棧來為每個(gè)方法創(chuàng)建棧幀，入棧和出棧穿香，而且棧幀里有方法的局部變量亭引。

對(duì)于對(duì)象的創(chuàng)建，會(huì)分配到Java堆內(nèi)存里去

對(duì)于類信息的存儲(chǔ)皮获，會(huì)放在方法區(qū) / Metaspace這樣的區(qū)域里

另外有兩塊特殊的區(qū)域：

本地方法棧：執(zhí)行native方法時(shí)候用的棧焙蚓，跟Java虛擬機(jī)棧是類似的

堆外內(nèi)存：可以在Java堆外分配內(nèi)存空間來存儲(chǔ)一些對(duì)象。