JVM結構與記憶體模型

眾所周知JAVA是跨平臺的語言咱們通過JAVA C命令編譯成的.class檔案，一次編譯匯出運行，首先運行需要什么，我們的JAVA環境，JAVA虛擬機中（JVM），因為JVM呼叫底層C或者C++進行運行，不同的作業系統有不同的虛擬機，Windows系統有windows版本的，Linux有Linux的版本的底層實作不同，所以依賴不同的版本的虛擬機，.class一次編譯到處運行

提示：下面的環節可能有點繞我盡可能的說清楚先不細說 后面慢慢補充

前言

一、為什么會一次編譯到處使用？

話不多說看圖：

慢慢坐下聊聊 ：
我擦！這是什么 一眼就看出來了是不是兄弟們 這不是流程嗎？

看class 二進制檔案 哇！這是什么，看不懂吧 往下看 慢慢解釋 是不是很牛逼的樣子，其實二進制檔案都有一定的規律的，看開頭的CAFEBABE(魔術數字) 這是我有道翻譯的魔術數字，由于上一章講的loadClass的類加載程序 檢查，檢查的就是格式每個.class檔案的口頭都會有 CAFEBABE，接下來我為大家一一讀取，先簡單的讀取，往下看

從java檔案通過編譯成.class 用過java 命令運行main方法 在不同的作業系統上都能看到 main方法執行的相同的結果，不急 慢慢往下看 這個我就不演示了

二、JVM結構與記憶體模型

1.看代碼

代碼如下（示例）：

public class Test {
	public static int i =7;
    public int test(){
       int a=5;
        int b=6;
        int c= a*b+10;
        return c;
    }
    public static void main(String[] args) {
        Test test=new Test();
        test.test();
    }
}

肯定又很多疑問 這是干啥 !這個類就是上面的位元組碼接下來教大家如何讀與JVM的結構線留個懸念 接下來我用

javap -c Test.class  

這是對代碼進行反匯編是不是 很熟悉 能看懂一點，這個需要依賴JVM指令手冊，接下來根據代碼加上反匯編加上二進制 咱們來決議
指令手冊

Compiled from "Test.java"
public class com.qjc.construction.Test {
  public com.qjc.construction.Test();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int test();
    Code:
       0: iconst_5
       1: istore_1
       2: bipush        6
       4: istore_2
       5: iload_1
       6: iload_2
       7: imul
       8: bipush        10
      10: iadd
      11: istore_3
      12: iload_3
      13: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class com/qjc/construction/Test
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: invokevirtual #4                  // Method test:()I
      12: pop
      13: return
}

下圖：這個圖我借用了帥氣諸葛老師的圖

接下來開始講解程式執行的順序： 很多概念很抽象，所以不先說，先串起來再說，然后在慢慢講！
Test.class 通過 類裝載子系統 C++裝載到java虛擬機記憶體中，類的結構資訊只有一份在Java虛擬機中，也就是類的位元組碼物件在虛擬機中只有一份，物件可以有多份，然后通過位元組碼執行引擎c++進行執行，最核心的是運行時資料區（記憶體模型），new的物件放在堆里，也可以放在堆疊上，這塊就先不解釋因為有點復雜先不說，堆疊上面的記憶體區域用來放資料的，存放區域變數，就是上面的test()方法內的區域變數，每個執行緒都在堆疊上開辟一塊空間會存放自己的區域變數，
堆疊(執行緒堆疊)（虛擬機堆疊）：
先從堆疊講起，堆疊執行main主執行緒方法，在執行緒堆疊里開辟一塊空間，叫堆疊幀（每個執行緒都會開辟一塊空間！堆疊記憶體小），堆疊幀：每個被呼叫的方法main()方法堆疊幀，test方法（）堆疊幀都會在繼續分配一塊堆疊幀記憶體空間，方法里有很多區域變數main方法里Test test=new Test();，
test（）方法
int a=5;
int b=6;
int c= a*b+10;
這個就是資料結構的堆疊，堆疊幀內部除了區域變數，還有很多例如： 區域變數表，運算元堆疊，動態鏈接，方法出口 test()有這些，main（） 也有這些
區域變數表與運算元堆疊：這里要參考上面的位元組碼，與JVM匯編指令加類，結合著看，上面的二進制位元組碼他兩個有關系，機器識別的是位元組碼檔案，JVM匯編JVM會執行這個匯編指令，這個東西就是JVM的匯編語言，JVM也是一個作業系統，oracle官網下載JVM指令，或者請看下一篇JVM指令手冊，我們看test()方法JVM匯編類，根據 iconst_5 這個是什么意思那？打開指令手冊搜索iconst_5 將int型別常量5壓入運算元堆疊，istore_1 將int型別值存入區域變數1，這個istore_1指的區域變數1是什么意思？你可以把他當做索引a下標為1的，將運算元堆疊的彈出給區域變數a，變成了 a=5在區域變數表，
bipush 6 將一個8位帶符號整數壓入堆疊 就是將6押入運算元堆疊，istore_2將int型別值存入區域變數2，將運算元堆疊的彈出給區域變數b，變成了 b=6在區域變數表，這里說一下程式計數器 是每一個執行緒獨有的記憶體空間，是用來記錄執行的行號我們看Code：對應的列這是行號，我們執行到數字4 這個是變動的，我們每執行一行就會變動 ，通過位元組碼執行引擎呼叫 方法區（元空間）Test.class，是由位元組碼執行引擎每執行一行代碼程式計數器就會變動，為什么會有程式計數器那？例如另一個執行緒執行緒過來優先級更高，這個執行緒把他搶走了，那我們這個執行緒就會掛起！等優先級高的執行完畢之后CPU會讓執行緒繼續執行我們的程式，不可能在重新執行一遍，通程序式計數器，找到上次執行的位置，
（補充一下0 1 2 4 為什么是這樣的， 請看 bipush 6 這個6也只占記憶體的 所以是這樣的）
iload_1 從區域變數1中裝載int型別值，將a=5押入到運算元堆疊，iload_2 從區域變數2中裝載int型別值，將b=6押入到運算元堆疊，imul 執行int型別的乘法，這塊的話利用了CPU的暫存器進行去做計算，我們看到的也就是JVM的記憶體上面的那個圖，也就是30,bipush 10將一個8位帶符號整數壓入堆疊10,iadd 執行int型別的加法,也就是30+10，istore_3 將int型別值存入區域變數3，也就是c=40區域變數表，40出堆疊賦值給區域變數表c，ireturn 從方法中回傳int型別的資料，這樣看懂了嗎？ 沒看懂不要急，到時候單獨講，老師說的好，咱們先學一個程序，等學完在去摳細節！
**動態鏈接：**咱們的方法都在方法區，test.test（)呼叫，他有哪些指令，他就是一些符號，他是在程式運行時決議的一些代碼，把符號參考轉換成直接地址，在記憶體中！聽著是不是很懵逼，先聽個大概有很多C++的概念
方法出口: 這個test方法執行完畢還要會回到main方法里面繼續執行的main()堆疊幀

堆：
我們new的物件都在堆里，main方法內的區域變數test 的在堆里面的物件的位置記憶體地址，指標指向堆記憶體的物件，所以說堆疊指向堆，堆里面存著指定堆的地址…
1.年輕代：年輕代里面包含Eden區域Survivor區占用堆的1/3 物件都是分配到Eden區，如果Eden區被放滿就會產生位元組碼執行引擎調動minor gc，就是開啟一個垃圾收集執行緒，如果放滿了，他會怎么辦？ 他會觸發垃圾收集，就是回收無用的物件，怎么叫無用物件，就會向執行緒堆疊中找區域變數 ，就會找物件的參考，直到找到沒有被參考的，參考的會被標記為參考物件，沒有沒物件參考的就會被gc回收，被參考的物件，經過一次gc就會賦值到survivor區他的分代年齡會+1分代年齡會放在物件頭里面（物件頭先不講） ，如果Eden區有被放滿了，又會執行如上步驟，被回收，分代年齡+1移動到suvivor區例如又放滿了，這兩個區還是被回收，分代年齡加1，分代年齡15就會被挪到老年代里面，一般都是15也可以被設定，也可以用java的VisualVM 自己寫個死回圈創建物件 查看就知道了
2.老年代與GC：占用2/3 分代年齡達到15就給老年代，老年代如果被放滿了會出現什么情況？先會觸發full GC都會回收 Eden區survivor區老年代都會回收，如果都被參考還繼續放，就會產生OOM記憶體溢位，在執行GC的時候會執行STW，什么是STW，STW就是STOP THE WORLD停止世界，就是停止所有執行緒，聽起來那么狠其實暫停的是用戶執行緒，用戶執行緒,位元組碼執行器開啟的是后臺執行緒，什么是用戶執行緒，用戶執行緒就是我們的用戶一個個請求進來就會開啟一個執行緒，他會暫停這些執行緒，導致用戶訪問會有卡頓情況，這個STW會影響用戶體驗的，FULL GC回收時間較長 JVM調優就是優化GC的執行時間長度，與頻率，先這么理解JVM調優，STW可以被取消嗎？取消讓用戶不斷的訪問不好嗎？我們在GC的程序中找非垃圾物件，執行緒會繼續執行，執行緒執行結束區域變數就會被釋放，被釋放指標就沒有了，還沒釋放，指標就沒有了，最終總不能在回頭重新遍歷加載一遍幾百萬個物件咋辦，STOP THE WORLD，賦值Survivor區 STW機制所以為了不斷的GC 為什么說頻率了時間長度了吧！！！

方法區（元空間）:

javap -v Test.class 列印出很詳細的，常量池：但是太復雜了回頭我理解透了在講！ 常量+靜態變數+類資訊：
1.靜態變數: public static int i =7; 存在方法區例如說public static User u=new User()，User u是在方法區的，但是咱們new
出來的物件在哪里，在堆里，這兩個關系又是指標參考關系，方法區放的是什么？那就是堆記憶體物件的地址！這就是方法區和堆記憶體的地址
2.類資訊： 每個類在加載(將類讀到記憶體)時都會創建一個位元組碼物件,且這個物件在一個JVM記憶體中是唯一的.此物件中存盤的是類的結構資訊：這里還會細講
單獨抽出來講 物件頭物件資訊

方法區里面：（元空間）直接記憶體，也就是物理記憶體，如果咱們不設定的話，元空間會有動態水平伸碩訓制，如果不設定的話，他會認為你這所有的物力記憶體他都會呼叫，每次回收，達到21M沒有回收，他會擴容擴大到30或者40M這個是不確定的 ，如果不設定的話默認21M放滿就會創建fullGC 然后就會卡，這是非常昂貴的操作，如果應用在啟動的時候發生大量Full GC，通常都是由于永久代或元空間發生了大小調整，基于這種情況，一般建議在JVM引數中將MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize設定成一樣的值，并設定得比初始值要大，對于8G物理記憶體的機器來說，一般我會將這兩個值都設定為256M，這就是一塊調優！！！

本地方法堆疊： 這個就是呼叫本地方法去實作的底層是由c++去實作的， new Thread().start();
private native void start0(); 這個方法就是C語言實作的，呼叫本地機器的C語言實作的，就會找對應的實作JVM.dll檔案在windows，跨語言呼叫不同的底層實作，本地方法堆疊也是需要記憶體的，每個執行緒都會有自己的程式計數器，我們的紫色區域，是每一個執行緒都會有的

2. 運行時資料區JVM引數設定

看到了如上的引數了沒有這些都是可以分配大小的，主要就這三個區域
-Xss：每個執行緒的堆疊大小 給一個執行緒用的一個執行緒會在執行緒堆疊里面分配堆疊幀的開辟一塊空間存放空間參考上面的堆疊幀，例如遞回反復的呼叫，mian方法呼叫test()，test呼叫test（）都會呼叫開辟空間，就會出現堆疊溢位Stack，大小默認1M但是，512K或者1M差不多最合適了 ，-Xss設定越小count值越小，說明一個執行緒堆疊里能分配的堆疊幀就越少，但是對JVM整體來說能開啟的執行緒數會更多，是根據作業系統也有關系，所以很模糊的，xss設定的越小能開啟的執行緒越多
-Xms：初始堆大小，默認物理記憶體的1/64
-Xmx：最大堆大小，默認物理記憶體的1/4
-Xmn：新生代大小
-XX:NewSize：設定新生代初始大小
-XX:NewRatio：默認2表示新生代占年老代的1/2，占整個堆記憶體的1/3，
-XX:SurvivorRatio：默認8表示一個survivor區占用1/8的Eden記憶體，即1/10的新生代記憶體，
關于元空間的JVM引數有兩個：-XX:MetaspaceSize=N和 -XX:MaxMetaspaceSize=N
-XX：MaxMetaspaceSize： 設定元空間最大值， 默認是-1， 即不限制， 或者說只受限于本地記憶體大小，
-XX：MetaspaceSize： 指定元空間觸發Fullgc的初始閾值(元空間無固定初始大小)， 以位元組為單位，默認是21M左右，達到該值就會觸發full gc進行型別卸載， 同時收集器會對該值進行調整： 如果釋放了大量的空間， 就適當降低該值； 如果釋放了很少的空間， 那么在不超過-XX：MaxMetaspaceSize（如果設定了的話） 的情況下， 適當提高該值，這個跟早期jdk版本的-XX:PermSize引數意思不一樣，-XX:PermSize代表永久代的初始容量，