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文章目录
  1. 1. 背景
  2. 2. JVM结构

背景

为什么要使用虚拟机？从编程语言的演变发展来看，开关-》二进制-》汇编-》C语言-》C++-》java，经过一层层抽象，为了跨平台，最终形成了虚拟机，其中的发展细节可以参考《编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言》。java程序经过编译器编译，生成java字节码，再由java虚拟机加载字节码，最终生成目标代码，用户端源码不用修改就可以跨平台运行。

JVM结构

jvm内部结构图：

jvm内部结构

红色框部分表示线程私有变量，method area、heap为线程共享部分。runtime data areas 5块内容介绍：

  • 程序计数器（program counter register）：JVM每个线程都有自己的PC，通过PC去找到自己的执行方法，线程执行如下图所示：
    线程执行图

  • JVM栈（stack）：如上图所示，在JVM线程执行方法时，在内部都有一个栈空间，栈的作用就是存储Frame结构，里面包含了各种参数（方法参数，成员变量参数，返回值参数等等）引用：
    JVM栈
    栈空间经常有两个异常是和它先关的：

1.StackOverflowError，当执行线程的方法栈的容量大于JVM可允许的容量时，就抛出StackOverflowError（纵向比较）
2.OutOfMemoryError，栈内存可以动态扩展，虽然内存不足，但是允许为每个线程初始化栈空间，这时就会抛出OutOfMemoryError（横向比较）

  • 本地方法栈（ Native Method Stacks）
    俗称”C Stack”，如果有本地方法，每个执行线程会单独的创建一个C stack。这里也有可能有两个错误异常，原因和栈空间一样。

  • 堆空间（heap）
    用于存储类实例以及数组分配的空间，JVM线程可以共享该区域。垃圾收集器回收利用对象就是在这个区域实现的。堆空间不需要连续的，内部是有向图数据结构，而栈空间是连续的。堆空间可以通过外部命令设置空间大小，如果程序运行期间堆空间的容量大于JVM设置的堆空间最大容量，就会抛出OutOfMemoryError。

  • 方法区域（Method Area）
    逻辑上是堆空间的一部分，线程也可以共享，它存储了每个类（.class）的常量、属性、方法以及构造方法，它有最大、最小空间阈值，如果方法区域空间不能满足请求分配的容量（超出最大阈值），就会抛出OutOfMemoryError。方法区内部还有一块运行时常量池（Runtime Constant Pool），编译生成的各种常量就会存到该区域，如果存储容量超过方法区的限制，也会抛出OutOfMemoryError。

最后说下，虚拟机之外还有一块直接内存，由JDK1.4NIO引入，它通过DirectByteBuffer存储到堆内存，堆里面只是引用，实际它的大小限制是不受JVM控制的，如果这块内容大于实际物理内存也会抛出OutOfMemoryError。了解虚拟机目的是为了排查处理系统可能遇到的问题，而不是研发性质的，如果一天能花20%的时间了解虚拟机的一个大概内容，对后面JVM调优、问题排查还是很有帮助。

参考资料：
《Inside the Java 2 Virtual Machine》
《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）》

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  2. 2. JVM结构