摘要：執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)解釋指令，提交給操作系統(tǒng)執(zhí)行。如圖棧幀是最先被調(diào)用的方法，先入棧，然后方法又調(diào)用了方法，棧幀處于棧頂?shù)奈恢?，棧幀處于棧底，?zhí)行完畢后，依次彈出棧幀和棧幀，線程結(jié)束，棧釋放。了解性參數(shù)永久代初始值永久代最大值新生代大小

JVM即Java Virtual Machine(Java虛擬機(jī))的縮寫，身為一名java開發(fā)者，適當(dāng)了解JVM，拓展一下知識面并沒有壞處，本人結(jié)合最近的學(xué)習(xí)對JVM做了簡單總結(jié)，現(xiàn)給大家分享。

class loader顧名思義是類加載器，我們的類文件（.class）是保存在硬盤上的，如果想要被jvm執(zhí)行，需要有一個(gè)中間層把它加載到j(luò)vm中，這個(gè)工作就是由class loader做的，它通過IO流的形式把.class文件載入到虛擬機(jī)，類加載器分四種：

這部分是由c/c++編寫的，屬于最底層的類加載器。他會加載$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar中的所有類，這個(gè)jar包中有我們常用的最基本的類，比如java.lang.Object、java.lang.String等，這也就解釋了為什么我們在使用這些類時(shí)不需要導(dǎo)包的原因，啟動(dòng)類加載器已經(jīng)事先加載到j(luò)vm中了。

使用java編寫，它會加載$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar。

也叫系統(tǒng)類加載器，使用java編寫，加載當(dāng)前應(yīng)用的$CLASSPATH中的所有類。

Java.lang.ClassLoader的子類，用戶可以定制類的加載方式。（一般用不到）

提到類加載器，就不得不提這兩個(gè)機(jī)制，所謂雙親委派是指：當(dāng)應(yīng)用類加載器接收到一個(gè)加載類的請求時(shí)，不會馬上進(jìn)行加載，而是委托給它的父類加載器——擴(kuò)展類加載器去加載，而擴(kuò)展類加載器又委托給啟動(dòng)類加載器，如果啟動(dòng)類加載器在它的范圍內(nèi)沒有找到該類，則會拋一個(gè)ClassNotFoundException異常，這時(shí)它的子類加載器才會逐級向下去嘗試加載，直到找個(gè)這個(gè)類。那么這有什么意義呢？設(shè)想，假如你建了一個(gè)java.lang的包，又在該包下建了一個(gè)String類，如果沒有這個(gè)雙親委派機(jī)制，那么你自己寫的String類是不是就把jre標(biāo)準(zhǔn)的String給覆蓋了？java為了保護(hù)自身標(biāo)準(zhǔn)的類不會被覆蓋，于是就采用了雙親委派把這些類隔離開來，也就是所謂的“沙箱機(jī)制”。

可以通過java.lang.Class中的getClassLoader方法來獲取當(dāng)前類加載器。

public class JVMTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
        JVMTest01 test = new JVMTest01();
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent());
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

輸出結(jié)果：

null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@2a139a55
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@7852e922
null

我們來分析一下這個(gè)結(jié)果，第二行和第三行的輸出應(yīng)該容易理解，JVMTest01是一個(gè)用戶自定義的類，是由應(yīng)用類加載器加載的，而它的父類加載器是擴(kuò)展類加載器。但奇怪的是第一行和第四行的結(jié)果，為什么是null？我們知道Object類是由啟動(dòng)類加載器加載的，應(yīng)用類加載器的父類的父類加載器也是啟動(dòng)類加載器，那為什么獲取不到呢？因?yàn)閱?dòng)類加載器是jvm最底層的直接跟操作系統(tǒng)打交道的接口，是由c++編寫的，已經(jīng)很底層了，單靠java已經(jīng)獲取不到了，所以是null。

執(zhí)行引擎負(fù)責(zé)解釋指令，提交給操作系統(tǒng)執(zhí)行。

本地接口的作用是融合不同的編程語言為 Java 所用，它的初衷是融合 C/C++程序，Java 誕生之初正是 C/C++橫行的時(shí)候，要想立足，必須有調(diào)用 C/C++程序，于是就在內(nèi)存中專門開辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)記為native的代碼，它的具體做法是 Native Method Stack中登記 native方法，在Execution Engine 執(zhí)行時(shí)加載native libraies。
目前該方法使用的越來越少了，除非是與硬件有關(guān)的應(yīng)用，比如通過Java程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)或者Java系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級應(yīng)用中已經(jīng)比較少見。因?yàn)楝F(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達(dá)，比如可以使用 Socket通信，也可以使用Web Service等等。

它的具體做法是Native Method Stack中登記native方法，在Execution Engine 執(zhí)行時(shí)加載本地方法庫。

每個(gè)線程都有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，是線程私有的,就是一個(gè)指針，指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼（用來存儲指向下一條指令的地址,也即將要執(zhí)行的指令代碼），由執(zhí)行引擎讀取下一條指令，是一個(gè)非常小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不記。

靜態(tài)變量+常量+類信息+運(yùn)行時(shí)常量池存在方法區(qū)中，該區(qū)被所有線程共享。

注：實(shí)例變量存在堆內(nèi)存中,和方法區(qū)無關(guān)

棧主管Java程序運(yùn)行，是在線程創(chuàng)建時(shí)創(chuàng)建，它的生命期是跟隨線程的生命期，線程結(jié)束棧內(nèi)存也就釋放，對于棧來說不存在垃圾回收問題，只要線程一結(jié)束該棧就釋放，生命周期和線程一致，是線程私有的。

棧幀中主要保存3類數(shù)據(jù)：
本地變量（Local Variables）:輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)以及方法內(nèi)的變量。
棧操作（Operand Stack）:記錄出棧、入棧的操作。
棧幀數(shù)據(jù)（Frame Data）:包括類文件、方法等等。

棧中的數(shù)據(jù)都是以棧幀（Stack Frame）的格式存在，棧幀是一個(gè)內(nèi)存區(qū)塊，是一個(gè)數(shù)據(jù)集，是一個(gè)有關(guān)方法(Method)和運(yùn)行期數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集，當(dāng)一個(gè)方法A被調(diào)用時(shí)就產(chǎn)生了一個(gè)棧幀 F1，并被壓入到棧中，
A方法又調(diào)用了 B方法，于是產(chǎn)生棧幀 F2 也被壓入棧，
B方法又調(diào)用了 C方法，于是產(chǎn)生棧幀 F3 也被壓入棧，
……
執(zhí)行完畢后，先彈出F3棧幀，再彈出F2棧幀，再彈出F1棧幀……
遵循“先進(jìn)后出”/“后進(jìn)先出”原則。
如圖：

棧幀 2是最先被調(diào)用的方法，先入棧，然后方法 2 又調(diào)用了方法1，棧幀 1處于棧頂?shù)奈恢茫瑮?2 處于棧底，執(zhí)行完畢后，依次彈出棧幀 1和棧幀 2，線程結(jié)束，棧釋放。
設(shè)想：如果方法中不斷調(diào)用方法，棧幀一幀一幀的往上堆疊，終于超過了?？臻g的上限，于是就報(bào)了java.lang.StackOverflowError。這就是無限遞歸調(diào)用：

    public void test() {
        test();
    }

調(diào)用這個(gè)方法就會產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果：

圖中表示的關(guān)系是這樣的：在棧中，保存了局部變量（基本類型+引用類型），而引用類型指向了堆內(nèi)存中的一塊對象實(shí)例，而這個(gè)實(shí)例是依據(jù)什么為藍(lán)圖創(chuàng)建的呢？就是存在于方法區(qū)中的類信息，它記錄了該類的“DNA”，基于該類的所有實(shí)例都以此為模版進(jìn)行創(chuàng)建。

注：本地方法存在于本地方法棧中，和普通Java方法不在同一個(gè)棧

一個(gè)JVM實(shí)例只存在一個(gè)堆內(nèi)存，堆內(nèi)存的大小是可以調(diào)節(jié)的，堆內(nèi)存分為三部分：

Young Generation Space 新生區(qū) Young/New

Tenure generation space 養(yǎng)老區(qū) Old/Tenure

Permanent Space 永久區(qū) Perm

注：JDK1.8開始，永久區(qū)替換為了元空間

新生區(qū)又分為：

伊甸區(qū)（Eden Space）

幸存0區(qū)（Survivor 0 Space）

幸存1區(qū)（Survivor 1 Space）

圖例：

所有的對象都是在伊甸區(qū)被new出來的，當(dāng)伊甸園的空間用完時(shí)，程序又需要?jiǎng)?chuàng)建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區(qū)進(jìn)行垃圾回收(Minor GC)，將伊甸園區(qū)中的不再被其他對象所引用的對象進(jìn)行銷毀。然后將伊甸園中的剩余對象移動(dòng)到幸存 0區(qū)。若幸存 0區(qū)也滿了，再對該區(qū)進(jìn)行垃圾回收，然后移動(dòng)到 1 區(qū)。那如果1 區(qū)也滿了呢？再移動(dòng)到養(yǎng)老區(qū)。若養(yǎng)老區(qū)也滿了，那么這個(gè)時(shí)候?qū)a(chǎn)生MajorGC（FullGC），進(jìn)行養(yǎng)老區(qū)的內(nèi)存清理。若養(yǎng)老區(qū)執(zhí)行了Full GC之后發(fā)現(xiàn)依然無法進(jìn)行對象的保存，就會產(chǎn)生OOM異常java.lang.OutOfMemoryError。

永久存儲區(qū)是一個(gè)常駐內(nèi)存區(qū)域，用于存放JDK自身所攜帶的 Class,Interface 的元數(shù)據(jù)，也就是說它存儲的是運(yùn)行環(huán)境必須的類信息，被裝載進(jìn)此區(qū)域的數(shù)據(jù)是不會被垃圾回收器回收掉的，關(guān)閉 JVM 才會釋放此區(qū)域所占用的內(nèi)存。

如果出現(xiàn)java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，說明是Java虛擬機(jī)對永久代Perm內(nèi)存設(shè)置不夠。一般出現(xiàn)這種情況，都是程序啟動(dòng)需要加載大量的第三方j(luò)ar包。例如：在一個(gè)Tomcat下部署了太多的應(yīng)用?；蛘叽罅縿?dòng)態(tài)反射生成的類不斷被加載，最終導(dǎo)致Perm區(qū)被占滿。

注：
Jdk1.6及之前：有永久代, 常量池1.6在方法區(qū)
Jdk1.7：有永久代，但已經(jīng)逐步“去永久代”，常量池1.7在堆
Jdk1.8及之后：無永久代，常量池1.8在元空間

常用參數(shù)：

-Xms 設(shè)置初始分配大小，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/64

-Xmx 最大分配內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4

-XX:PrintGCDetails 輸出詳細(xì)GC日志

    public static void main(String[] args) {
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();    //返回 Java 虛擬機(jī)試圖使用的最大內(nèi)存量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();    //返回 Java 虛擬機(jī)中的內(nèi)存總量
        
        System.out.println("MAX_MEMORY = " + maxMemory + "Byte " + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
        System.out.println("TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "Byte " + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
    }

在eclipse中配置jvm參數(shù)：

輸出結(jié)果：

由圖，我們利用-Xms和-Xmx參數(shù)將初始內(nèi)存和最大內(nèi)存都設(shè)置為1024MB（實(shí)際結(jié)果981.5MB屬于誤差）

注：永久代/元空間 只是JVM邏輯上有這么一塊區(qū)域，但實(shí)際物理內(nèi)存中并不存在，如何證明呢？如圖：新生代+養(yǎng)老代 的內(nèi)存總和已經(jīng)等于TOTAL_MEMORY，說明實(shí)際內(nèi)存中只有新生區(qū)和養(yǎng)老區(qū)，永久代/元空間只是邏輯上存在。

    public static void main(String[] args) {
        String str = "hello world!";
        while (true) {
            str += str + new Random().nextInt(88888888) + new Random().nextInt(999999999);
        }

    }

參數(shù)配置：

-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails

運(yùn)行結(jié)果：

分析：我們故意把堆內(nèi)存調(diào)小至8M，然后再不斷地在堆中生成String對象，直到產(chǎn)生OOM異常，從輸出日志中可以看到，在拋出異常前JVM不斷進(jìn)行GC，直到最后一次Full GC之后，堆內(nèi)存依舊沒有足夠的空間new出新的對象，于是就拋出了OOM異常。一般OOM異常都是在Full GC之后產(chǎn)生的。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError這個(gè)長參數(shù)是比較特別的，所以這里多帶帶提一下，它的作用是當(dāng)JVM產(chǎn)生OOM異常時(shí)，生成一個(gè)dump文件到你的工程目錄下，可以配合eclipse的MAT(Eclipse Memory Analyzer)插件分析內(nèi)存泄漏。

-XX:PermSize 永久代初始值

-XX:MaxPermSize 永久代最大值

-Xmn 新生代大小