1 java虛擬機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖：

1)類加載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中加載Class信息，加載的類信息存放于一塊稱為方法區(qū)的內(nèi)存空間。除了類的信息外，方法區(qū)中可能還會存放運(yùn)行時常量池信息，包括字符串字面量和數(shù)字常量(這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內(nèi)存映射)。

2)java堆在虛擬機(jī)啟動的時候建立，它是java程序最主要的內(nèi)存工作區(qū)域。幾乎所有的java對象實(shí)例都存放在java堆中。堆空間是所有線程共享的，這是一塊與java應(yīng)用密切相關(guān)的內(nèi)存空間。

3)java的NIO庫允許java程序使用直接內(nèi)存。直接內(nèi)存是在java堆外的、直接向系統(tǒng)申請的內(nèi)存空間。通常訪問直接內(nèi)存的速度會優(yōu)于java堆。因此出于性能的考慮，讀寫頻繁的場合可能會考慮使用直接內(nèi)存。由于直接內(nèi)存在java堆外，因此它的大小不會直接受限于Xmx指定的最大堆大小，但是系統(tǒng)內(nèi)存是有限的，java堆和直接內(nèi)存的總和依然受限于操作系統(tǒng)能給出的最大內(nèi)存。

4)垃圾回收系統(tǒng)是java虛擬機(jī)的重要組成部分，垃圾回收器可以對方法區(qū)、java堆和直接內(nèi)存進(jìn)行回收。其中，java堆是垃圾收集器的工作重點(diǎn)。和C/C++不同，java中所有的對象空間釋放都是隱式的，也就是說，java中沒有類似free()或者delete()這樣的函數(shù)釋放指定的內(nèi)存區(qū)域。對于不再使用的垃圾對象，垃圾回收系統(tǒng)會在后臺默默工作，默默查找、標(biāo)識并釋放垃圾對象，完成包括java堆、方法區(qū)和直接內(nèi)存中的全自動化管理。

5)每一個java虛擬機(jī)線程都有一個私有的java棧，一個線程的java棧在線程創(chuàng)建的時候被創(chuàng)建，java棧中保存著幀信息，java棧中保存著局部變量、方法參數(shù)，同時和java方法的調(diào)用、返回密切相關(guān)。

6)本地方法棧和java棧非常類似，最大的不同在于java棧用于方法的調(diào)用，而本地方法棧則用于本地方法的調(diào)用，作為對java虛擬機(jī)的重要擴(kuò)展，java虛擬機(jī)允許java直接調(diào)用本地方法(通常使用C編寫)

7)PC(Program Counter)寄存器也是每一個線程私有的空間，java虛擬機(jī)會為每一個java線程創(chuàng)建PC寄存器。在任意時刻，一個java線程總是在執(zhí)行一個方法，這個正在被執(zhí)行的方法稱為當(dāng)前方法。如果當(dāng)前方法不是本地方法，PC寄存器就會指向當(dāng)前正在被執(zhí)行的指令。如果當(dāng)前方法是本地方法，那么PC寄存器的值就是undefined

8)執(zhí)行引擎是java虛擬機(jī)的最核心組件之一，它負(fù)責(zé)執(zhí)行虛擬機(jī)的字節(jié)碼，現(xiàn)代虛擬機(jī)為了提高執(zhí)行效率，會使用即時編譯技術(shù)將方法編譯成機(jī)器碼后再執(zhí)行。

2 java堆

java堆是和應(yīng)用程序關(guān)系最為密切的內(nèi)存空間，幾乎所有的對象都存放在堆上。并且java堆是完全自動化管理的，通過垃圾回收機(jī)制，垃圾對象會被自動清理，而不需要顯示的釋放。

根據(jù)java回收機(jī)制的不同，java堆有可能擁有不同的結(jié)構(gòu)。最為常見的一種構(gòu)成是將整個java堆分為新生代和老年代。其中新生代存放新生對象或者年齡不大的對象，老年代則存放老年對象。新生代有可能分為eden區(qū)、s0區(qū)、s1區(qū)，s0區(qū)和s1區(qū)也被稱為from和to區(qū)，他們是兩塊大小相同、可以互換角色的內(nèi)存空間。

如下圖：顯示了一個堆空間的一般結(jié)構(gòu)：

在絕大多數(shù)情況下，對象首先分配在eden區(qū)，在一次新生代回收之后，如果對象還存活，則進(jìn)入s0或者s1，每經(jīng)過一次新生代回收，對象如果存活，它的年齡就會加1。當(dāng)對象的年齡達(dá)到一定條件后，就會被認(rèn)為是老年對象，從而進(jìn)入老年代。其具體的垃圾回收算法在后面會介紹。

例1 ：通過簡單的示例，展示java堆、方法區(qū)和java棧之間的關(guān)系

package com.jvm;

public class SimpleHeap {

private int id;

public SimpleHeap(int id){

this.id = id;

}

public void show(){

System.out.println("My id is "+id);

}

public static void main(String[] args) {

SimpleHeap s1 = new SimpleHeap(1);

SimpleHeap s2 = new SimpleHeap(2);

s1.show();

s2.show();

}

}

該代碼聲明了一個類，并在main函數(shù)中創(chuàng)建了兩個SimpleHeap實(shí)例。此時，各對象和局部變量的存放情況如圖：

SimpleHeap實(shí)例本身分配在堆中，描述SimpleHeap類的信息存放在方法區(qū)，main函數(shù)中的s1 s2局部變量存放在java棧上，并指向堆中兩個實(shí)例。

3 java棧

java棧是一塊線程私有的內(nèi)存空間。如果說，java堆和程序數(shù)據(jù)密切相關(guān)，那么java棧就是和線程執(zhí)行密切相關(guān)。線程執(zhí)行的基本行為是函數(shù)調(diào)用，每次函數(shù)調(diào)用的數(shù)據(jù)都是通過java棧傳遞的。

java棧與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的棧有著類似的含義，它是一塊先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只支持出棧和進(jìn)棧兩種操作，在java棧中保存的主要內(nèi)容為棧幀。每一次函數(shù)調(diào)用，都會有一個對應(yīng)的棧幀被壓入java棧，每一個函數(shù)調(diào)用結(jié)束，都會有一個棧幀被彈出java棧。如下圖：棧幀和函數(shù)調(diào)用。函數(shù)1對應(yīng)棧幀1，函數(shù)2對應(yīng)棧幀2，依次類推。函數(shù)1中調(diào)用函數(shù)2，函數(shù)2中調(diào)用函數(shù)3，函數(shù)3調(diào)用函數(shù)4.當(dāng)函數(shù)1被調(diào)用時，棧幀1入棧，當(dāng)函數(shù)2調(diào)用時，棧幀2入棧，當(dāng)函數(shù)3被調(diào)用時，棧幀3入棧，當(dāng)函數(shù)4被調(diào)用時，棧幀4入棧。當(dāng)前正在執(zhí)行的函數(shù)所對應(yīng)的幀就是當(dāng)前幀(位于棧頂)，它保存著當(dāng)前函數(shù)的局部變量、中間計(jì)算結(jié)果等數(shù)據(jù)。

當(dāng)函數(shù)返回時，棧幀從java棧中被彈出，java方法區(qū)有兩種返回函數(shù)的方式，一種是正常的函數(shù)返回，使用return指令，另一種是拋出異常。不管使用哪種方式，都會導(dǎo)致棧幀被彈出。

在一個棧幀中，至少包含局部變量表、操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)幾個部分。

提示：由于每次函數(shù)調(diào)用都會產(chǎn)生對應(yīng)的棧幀，從而占用一定的棧空間，因此，如果棧空間不足，那么函數(shù)調(diào)用自然無法繼續(xù)進(jìn)行下去。當(dāng)請求的棧深度大于最大可用棧深度時，系統(tǒng)會拋出StackOverflowError棧溢出錯誤。

例2 使用遞歸，由于遞歸沒有出口，這段代碼可能會拋出棧溢出錯誤，在拋出棧溢出錯誤時，打印最大的調(diào)用深度

package com.jvm;

public class TestStackDeep {

private static int count =0;

public static void recursion(){

count ++;

recursion();

}

public static void main(String[] args) {

try{

recursion();

}catch(Throwable e){

System.out.println("deep of calling ="+count);

e.printStackTrace();

}

}

}

使用參數(shù)-Xss128K執(zhí)行上面代碼(在eclipse中右鍵選擇Run As-->run Configurations....設(shè)置Vm arguments)，部分結(jié)果如圖：

可以看出，在進(jìn)行大約1079次調(diào)用之后，發(fā)生了棧溢出錯誤，通過增大-Xss的值，可以獲得更深的層次調(diào)用，嘗試使用參數(shù)-Xss256K執(zhí)行上述代碼，可能產(chǎn)生如下輸出，很明顯，調(diào)用層次有明顯的增加：

注意：函數(shù)嵌套調(diào)用的層次在很大程度上由棧的大小決定，棧越大，函數(shù)支持的嵌套調(diào)用次數(shù)就越多。

3.1 棧幀組成之局部變量表

局部變量表是棧幀的重要組成部分之一。它用于保存函數(shù)的參數(shù)以及局部變量，局部變量表中的變量只在當(dāng)前函數(shù)調(diào)用中有效，當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束，隨著函數(shù)棧幀的彈出銷毀，局部變量表也會隨之銷毀。

由于局部變量表在棧幀之中，因此，如果函數(shù)的參數(shù)和局部變量很多，會使得局部變量表膨脹，從而每一次函數(shù)調(diào)用就會占用更多的棧空間，最終導(dǎo)致函數(shù)的嵌套調(diào)用次數(shù)減少。

示例3：一個recursion函數(shù)含有3個參數(shù)和10個局部變量，因此，其局部變量表含有13個變量，而第二個recursion函數(shù)不再含有任何參數(shù)和局部變量，當(dāng)這兩個函數(shù)被嵌套調(diào)用時，第二個recursion函數(shù)可以擁有更深的調(diào)用層次。

package com.jvm;

public class TestStackDeep2 {

private static int count = 0;

public static void recursion(long a,long b,long c){

long e=1,f=2,g=3,h=4,i=5,k=6,q=7,x=8,y=9,z=10;

count ++;

recursion(a,b,c);

}

public static void recursion(){

count++;

recursion();

}

public static void main(String[] args) {

try{

recursion(0L,0L,0L);

//recursion();

}catch(Throwable e){

System.out.println("deep of calling = "+count);

e.printStackTrace();

}

}

}

使用參數(shù)-Xss128K執(zhí)行上述代碼中的第一個帶參recursion(long a,long b,long c)函數(shù)，輸出結(jié)果為：

使用虛擬機(jī)參數(shù)-Xss128K執(zhí)行上述代碼中第二個不帶參數(shù)的recursion()函數(shù)(當(dāng)然需要把第一個函數(shù)注釋掉)，輸出結(jié)果為：

可以看出，在相同的棧容量下，局部變量少的函數(shù)可以支持更深的函數(shù)調(diào)用。

使用jclasslib工具可以查看函數(shù)的局部變量表，如下圖：最大局部變量表大小

該圖顯示了第一個帶參recursion(long a,long b,long c)的最大局部變量表的大小為26個字，因?yàn)樵摵瘮?shù)包含總共13個參數(shù)和局部變量，且都為long型，long和double在局部變量表中需要占用2個字，其他如int short byte 對象引用等占用一個字。

說明：字(word)指的是計(jì)算機(jī)內(nèi)存中占據(jù)一個單獨(dú)的內(nèi)存單元編號的一組二進(jìn)制串，一般32位計(jì)算機(jī)上一個字為4個字節(jié)長度。

通過jclasslib工具查看該類的Class文件中局部變量表的內(nèi)容，(這里說的局部變量表和上述說的局部變量表不同，這里指Class文件的一個屬性，而上述的局部變量表指java棧空間的一部分)

可以看到，在Class文件的局部變量表中，顯示了每個局部變量的作用域范圍、所在槽位的索引(index列)、變量名(name列)和數(shù)據(jù)類型(J表示long型)

棧幀中局部變量表中的槽位是可以重用的，如果一個局部變量過了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部變量就很有可能會復(fù)用過期局部變量的槽位，從而達(dá)到節(jié)省資源的目的。

示例4 ：顯示局部變量表的復(fù)用，在localvar1函數(shù)中，局部變量a和b都作用到了函數(shù)的末尾，故b無法復(fù)用a所在的位置。而在localvar2()函數(shù)中，局部變量a在第？行不再有效，故局部變量b可以復(fù)用a的槽位(1個字)

package com.jvm;

public class TestReuse {

public static void localvar1(){

int a=0;

System.out.println(a);

int b=0;

}

public static void localvar2(){

{

int a=0;

System.out.println(a);

}

int b=0;

}

}

如圖顯示localvar1()函數(shù)的局部變量表，該函數(shù)局部變量大小為2個字，(最大局部變量表中一般第一個局部變量槽位是this引用)第一個槽位是變量a，第二個槽位是變量b，每個變量占一個字。

而localvar2()函數(shù)的局部變量表信息如下圖，雖然和localvar1()一樣，但是b復(fù)用了a的槽位，(從他們都占用同一個槽位index都是0可以看出)，因此在整個函數(shù)執(zhí)行中，同時存在的局部變量為1字。

局部變量表中的變量也是垃圾回收根節(jié)點(diǎn)，只要被局部變量表中直接或者間接引用的對象都是不會被回收的。

示例5：通過一個簡單示例，展示局部變量對垃圾回收的影響

package com.jvm;

public class LocalvarGC {

public void localvarGc1(){

byte[] a = new byte[6*1024*1024];//6M

System.gc();

}

public void localvarGc2(){

byte[] a = new byte[6*1024*1024];

a = null;

System.gc();

}

public void localvarGc3(){

{

byte[] a = new byte[6*1024*1024];

}

System.gc();

}

public void localvarGc4(){

{

byte[] a = new byte[6*1024*1024];

}

int c = 10;

System.gc();

}

public void localvarGc5(){

localvarGc1();

System.gc();

}

public static void main(String[] args) {

LocalvarGC ins = new LocalvarGC();

ins.localvarGc1();

}

}

每一個localvarGcN()函數(shù)都分配了一塊6M的堆內(nèi)存，并使用局部變量引用這塊空間。

在localvarGc1()中，在申請空間后，立即進(jìn)行垃圾回收，很明顯由于byte數(shù)組被變量a引用，因此無法回收這塊空間。

在localvarGc2()中，在垃圾回收前，先將變量a置為null，使得byte數(shù)組失去強(qiáng)引用，故垃圾回收可以順利回收byte數(shù)組。

在localvarGc3()中，在進(jìn)行垃圾回收前，先使局部變量a失效，雖然變量a已經(jīng)離開了作用域，但是變量a依然存在于局部變量表中，并且也指向這塊byte數(shù)組，故byte數(shù)組依然無法被回收。

對于localvarGc4()，在垃圾回收之前，不僅使變量a失效，更是聲明了變量c，使變量c復(fù)用了變量a的字，由于變量a此時被銷毀，故垃圾回收器可以順利回收數(shù)組byte

對于localvarGc5()，它首先調(diào)用了localvarGc1()，很明顯，在localvarGc1()中并沒有釋放byte數(shù)組，但在localvarGc1()返回后，它的棧幀被銷毀，自然也包含了棧幀中的所有局部變量，故byte數(shù)組失去了引用，在localvarGc5()的垃圾回收中被回收。

可以使用-XX:+printGC執(zhí)行上述幾個函數(shù)，在輸出日志里，可以看到垃圾回收前后堆的大小，進(jìn)而推斷出byte數(shù)組是否被回收。

下面的輸出是函數(shù)localvarGc4()的運(yùn)行結(jié)果：

[GC (System.gc())7618K->624K(94208K), 0.0015613 secs]

[Full GC (System.gc()) 624K->526K(94208K), 0.0070718 secs]

從日志中可以看出，堆空間從回收前的7618K變?yōu)榛厥蘸蟮?24K，釋放了>6M的空間，byte數(shù)組已經(jīng)被回收釋放。

參考：https://www.cnblogs.com/zwbg/p/6194470.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java虚拟机 函数表_java虚拟机的基本结构如图的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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