Java程式是運行在JVM(Java虛擬機)上的，在開發程式之前都要配置Java開發環境，其中首先要做的就是JDK的安裝和配置，那么JDK、JVM、JRE到底有何聯系和區別呢？如下圖

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1.JVM概念

**JVM**（Java Virtual Machine的簡稱），意為Java虛擬機

**虛擬機：**指通過軟體模擬的具有完整硬體功能的，運行在一個完全隔離的環境中的完整的計算機系統，常見的虛擬機有：JVM, VMwave, Virtual Box，

JVM和其他兩個虛擬機的區別：

VMwave與VirtualBox是通過軟體模擬物理CPU的指令集,物理系統中會有很多的暫存器
JVM則是通過軟體模擬Java位元組碼的指令集,JVM中只是主要保留了PC暫存器，其他的暫存器都進行了裁剪

JVM是一臺被定制過的現實當中不存在的計算機，

2.為什么要有JVM呢

因為Java有一個很重要的特性——跨平臺

也就是“一次撰寫，到處運行”，也就是撰寫一個程式，可以在Windows，Linux，Mac等系統上直接運行，我們都知道不同的計算機有不同的硬體結構（CPU的體系架構不同），也有不同的作業系統，作業系統提供的API也不一樣，而JVM就是屏蔽不同計算機上軟硬體的差異，也就是代碼只需要對虛擬機負責就OK，也就達到了我們的跨平臺的目的，JVM也不僅僅是一個程式，不同的系統都會對應一個JVM的版本（如：Windows的JVM是一個版本，Linux的JVM也是一個版本），但是不管是那個版本的JVM，都懂Java語言，

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這也就說明為什么我們在官網上面下載的同一個 Tomcat 壓縮包，既能在Windows上運行，也能夠在Linux上運行，都是靠JVM把其中的差異給屏蔽掉了，

注：JVM發展到現在，不僅僅是為了跨平臺，而是已經打造成了一個生態圈，大量的程式/庫/編程語言都是基于JVM的，但是對于一個編程語言來說，實作編譯器（就是把源代碼翻譯成可執行指令），直接翻譯成機器指令native指令，比較復雜，考慮到系統的差異，CPU的差異，那么作業量也就大了，干脆就將編程語言直接翻譯成JVM能夠之別的位元組碼，由JVM去考慮軟硬體之間的差異，大大降低作業量，

JVM有沒有什么缺點呢？
答：當然有，因為沒有什么東西是完美無瑕的，在一個程式中，要先將編程語言翻譯成JVM能夠識別的位元組碼，然后再不同的系統中，JVM在屏蔽軟硬體的差異再去翻譯成不同系統能夠識別的程式，那么效率肯定會受到影響，（注：雖然虛擬機能夠影響到一定的效率，但是在真正的商業專案中，性能瓶頸往往不是編程語言自身帶來的，更主要的瓶頸是網路IO/資料庫/磁盤IO/復雜的CPU密集計算……），

3.JVM中的記憶體區域劃分

JVM運行時資料區

JVM會在執行Java程式的程序中把它管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域，這些資料區域各有各的用處，各有各的創建與銷毀時間，有的區域隨著JVM行程的啟動而存在，有的區域則依賴用戶執行緒的啟動和結束而創建與銷毀，一般來說，JVM所管理的記憶體將會包含以下幾個運行時資料區域

執行緒私有區域:程式計數器、Java虛擬機堆疊、本地方法堆疊
執行緒共享區域:Java堆、方法區、運行時常量池
執行緒獨占：每個執行緒都會有它獨立的空間，隨執行緒生命周期而創建和銷毀
執行緒共享：所有執行緒能訪問這塊記憶體資料，隨虛擬機或者GC而創建和銷毀

JVM記憶體模型(JDK1.8)

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3.1.程式計數器(執行緒私有)

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程式計數器是一塊比較小的記憶體空間，可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器，

a.如果當前執行緒執行的是一個java方法，那么這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機位元組碼指令的地址
b.如果正在執行的是一個Native方法（本地方法），那么這個計數器值為空

程式計數器記憶體區域是唯一一個在JVM規范中沒有規定任何OOM清空的區域

什么是執行緒私有：

由于JVM的多執行緒是通過執行緒輪流切換分配處理器執行時間的方式來實作的，因此在任何一個確定的時刻，一個處理器（多多核處理器則指的是一個內核）都只會執行一條執行緒中的指令，因此為了切換執行緒后能恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要獨立的程式計數器，各條執行緒之間計數器互不影響，獨立存盤，類似這類區域成為“執行緒私有”，

3.2.java虛擬機堆疊(執行緒私有)

相對于基于暫存器的運行環境，JVM是基于堆疊結構的運行環境，堆疊結構移植性更好，可控性更強，

虛擬機堆疊描述的是Java方法執行的記憶體模型： 每個方法執行的同時都會創建一個堆疊幀用于存盤區域變數表，運算元堆疊，動態鏈接，方法出口等資訊，每一個方法從呼叫直至執行完成的程序，就對應一個堆疊幀在虛擬機堆疊中入堆疊和出堆疊的程序，宣告周期和執行緒相同，

a.在活動執行緒中，只有位于堆疊頂的幀才是最有效的，成為當前堆疊幀
b.正在執行的方法成為當前方法

在執行引擎運行時，所有指令都只能針對當前堆疊幀操作，StackOverflowError表示請求的堆疊溢位，導致記憶體耗盡，通常出現在遞回方法，

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**區域變數表：**區域變數表的創建是在方法被執行的時候，隨堆疊幀創建而創建，存放了編譯器可知的各種基本資料型別（八大基本資料型別），物件參考，區域變數表所需要的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的區域變數表空間是完全確定的，在執行期間不會改變區域變數表大小，

此區域會產生兩種例外：

如果執行緒請求的堆疊深度大于所允許的深度（-Xss設定堆疊容量），將會拋出StackOverFlowError例外（也就是常說的堆疊溢位）
虛擬機在動態擴展時無法申請到足夠的記憶體，會拋出OOM（OutMemoryError）例外

Java虛擬機堆疊也是執行緒私有的，每個執行緒都有各自的Java虛擬機堆疊，而且隨著執行緒的創建而創建，隨執行緒的死亡而死亡，

注意：
人們常說，Java的記憶體空間分為“堆疊”和“堆”，堆疊中存放區域變數，堆中存放物件，
這句話不完全正確！這里的“堆”可以這么理解，但這里的“堆疊”就是現在講的虛擬機堆疊,或者說Java虛擬機堆疊中的區域變數表部分.
真正的Java虛擬機堆疊是由一個個堆疊幀組成，而每個堆疊幀中都擁有：區域變數表、運算元堆疊、動態鏈接、方法出口資訊.

3.3.本地方法堆疊(執行緒私有)

本地方法堆疊：：與虛擬機的作用完全一樣，區別在于本地方法堆疊為虛擬機使用的Native(本地)方法服務，而虛擬機堆疊為JVM的java方法服務，

在JVM記憶體布局中，也是執行緒物件私有的，但是虛擬機堆疊“主內”，而本地方法堆疊“主外”，
這個“內外”是針對JVM來說的，本地方法堆疊為Native方法服務執行緒開始呼叫本地方法時，會進入一個不再受JVM約束的世界，本地方法可以通過JNI(Java Native Interface)訪問虛擬機運行時的資料區，甚至可以呼叫暫存器,具有和JVM相同的能力和權限，

當大量本地方法出現時，勢必會削弱JVM對系統的控制力，因為它的出錯資訊都比較黑盒，對于記憶體不足的情況，本地方法堆疊還是會拋出native heap OutOfMemory，

3.4.java堆(執行緒共享)

java堆(Java Heap)是JVM所管理的最大的記憶體區域，
java堆是所有執行緒共享的一片區域，在JVM啟動時創建，此記憶體區域存放的都是物件實體（new test()），JVM規范中說道“所有的物件實體以及陣列都要在堆上分配”，而程式計數器、Java虛擬機堆疊、本地方法堆疊都是一個執行緒對應一個
java堆是垃圾回收管理的主要區域，因此很多時候成為“GC堆”
java堆可以存放處于物理上不連續的記憶體空間中，java堆在主流的虛擬機都是可擴展的(-Xmx設定最大/小值)——打開命令指示符，輸入java -X，就可以找到
如果在堆中沒有足夠的記憶體能完成實體分配并且頁無法再拓展時，將會拋出OOM（OutOfMemory）

3.5.方法區(執行緒共享)

**方法區：**與java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，用于存盤已經被虛擬機加載的類資訊，常量，靜態變數，即時編譯器編譯后的代碼等資料，在JDK8以前的HotSpoot虛擬機中，方法區也被稱為“永久代”（JDK8已經被元空間取代）

執行緒共享
方法區是執行緒共享的，方法區也是堆的一個邏輯部分，整個虛擬機只有一個方法區
永久代
方法區中的資訊一般需要長期存在，而且它又是堆的邏輯磁區，所以方法區仇稱為“永久代”
記憶體回收率低
java虛擬機規范對方法區的要求比較寬松，可以不實作垃圾回收，方法區中的資訊一般需要長期存在，回收一遍記憶體可能只有少量資訊無效，對方法區的記憶體回收的主要目標是：對常量池的回收和對型別的卸載

注：方法區同堆一樣，允許固定大小，可擴展大小，還允許不實作GC，但是記憶體空間分配無法達到需求的時候，也會拋出OOM例外

舉例說明：
例如：

class A extends B{
    public B b = new B();
}
class B{
    public int num = 10;
}

public class Demo2 {
    public static void main(String[] args) {
    A a = new A();
    }
}

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3.6.運行時常量池(方法區的一部分)

.java檔案被編譯之后生成的.class檔案中除了包含：類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項就是常量池，運行時常量池是方法區的一部分，存放字面量與符號參考，

**字面量：**字串（JDK1.7后移動到堆中），final常量，基本資料型別的值，
**符號參考：**類和結構的完全限定名，欄位的名稱和描述符，方法的名稱和描述符

運行時常量池可能會拋出的例外：

因為運行時常量池是方法區的一部分，那么就會收到方法區記憶體的限制，當常量池無法申請到記憶體時就會拋出OOM例外
當我們在一個類中通過static final 來宣告一個變數的時候，這個類被編譯后，那么這個類的所有資訊將會存盤在這個class檔案中，當這個類被JVM加載之后，class檔案中的常量就會存放在運行時常量池中，而且在運行時期也可以向常量池中添加新的常量（如String中的intern()方法），大部分運行時常量池中的某些常量沒有被物件參考，同時也沒有被變數參考的時候，就需要垃圾收集器回收，

4.常見面試題

4.1.談談基礎資料型別和參考型別之間的區別？

答：如果是基礎資料型別(如：int double……)，當你創建這個靜態變數的時候，此時在記憶體就立即創建了一個空間來保存這個變數，只不過這個變數是在堆疊上還是在堆上，取決于這個變數是區域變數還是成員變數，如果是參考型別，那么他本質上存的是地址（就是一個整數），所謂地址就是記憶體按照位元組為單位分成了很多小房間，每個房間大小為1位元組，每個房間都有編號（從0開始計算，依次累加），對應的房間號就是地址，只不過地址一般都寫作十六進制來表示

4.2.如何理解參考和物件？

答：參考保存了物件所在的地址，物件才是組織資料的本體（把物件假設成一個房間，房間里面有各種設施；參考就是開啟房間的鑰匙）例如： new Test()； new出來的東西是物件，是在堆上創建的這個記憶體區域，這個才是物件的本體（真正存盤資料的部分） Test t = new Test()； new回傳的結果 t 是在堆的記憶體區域的地址，這個地址要交給一個參考型別來持有 t.num 根據 t 存盤的地址，找到堆上對應的房間，進而找到房間中的設施（如果 num 是基礎型別，就直接找到值了；如果num是參考型別，還需要根據參考中存盤的房間號，繼續往下找）

4.3.區域變數/成員變數/靜態成員變數所對應的記憶體區域？

答：區域變數對應的記憶體區域是在堆疊上；成員變數對應的記憶體區域是在堆上；靜態成員變數對應的記憶體區域在方法區，因為這個變數也可能是參考型別，只是說這個參考自身，是在方法區，對應的物件仍然是在堆上，（例如：public static String str = new String("hello")）；

4.4.遞回方法執行程序如何理解？

答：注意堆疊的變化，每次遞回，都會創建新的堆疊幀，同一個名字的變數可能會在多個堆疊幀中出現，（雖然同名，但是不是同一個變數），每個方法執行完畢，當前堆疊幀就被銷毀了，進而回到上一層呼叫位置上繼續往下執行， [堆疊幀的出堆疊和入堆疊可以參考](https://blog.csdn.net/weixin_44663675/article/details/107014923?ops_request_misc=&request_id=&biz_id=&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~es_rank~default-2-107014923.pc_search_all_es&utm_term=%E9%80%92%E5%BD%92%E6%96%B9%E6%B3%95%E6%89%A7%E8%A1%8C%E8%BF%87%E7%A8%8B%E5%A6%82%E4%BD%95%E7%90%86%E8%A7%A3jvm&spm=1018.2226.3001.4187)

如：遞回就 n 的階乘

public class Demo2 {
    public static int fanc(int n){
        if(n == 1){
            return 1;
        }
        return n * fanc(n-1);
    }
    public static void main(String[] args) {
        int result = fanc(5);
        System.out.println(result);
    }
}

當我們debug的時候
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4.5.普通方法和static方法之間的區別？

答：

static方法中，沒有this，static方法也可以叫做“類方法”，非static方法也可以叫做“實體方法”，
static方法為靜態方法，它在jvm運行時不需要實體化，因為在jvm加載時就已經編譯過，可以直接通過類名呼叫方法，靜態方法只能呼叫類中靜態變數，不能呼叫非靜態變數；
普通方法也叫非靜態方法，它只有在創建時才會被實體化，普通方法既可以呼叫靜態方法，又可以呼叫非靜態方法，
相比較而言，static方法占用資源比較多，它在jvm加載時就實體化過了，因此一直占用虛擬機記憶體，在jvm關閉時才會銷毀，所以靜態方法常用于工具類Utils中經常呼叫使用，非靜態方法因為什么時候使用什么時候實體化，所以占用資源較少，但它每次的使用都要創建物件才能呼叫方法相比較于靜態方法要繁瑣一些，

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為什么面試總是會被問到JVM記憶體區域?

1.JVM概念

2.為什么要有JVM呢

3.JVM中的記憶體區域劃分

3.1.程式計數器(執行緒私有)

3.2.java虛擬機堆疊(執行緒私有)

3.3.本地方法堆疊(執行緒私有)

3.4.java堆(執行緒共享)

3.5.方法區(執行緒共享)

3.6.運行時常量池(方法區的一部分)

4.常見面試題

4.1.談談基礎資料型別和參考型別之間的區別？

4.2.如何理解參考和物件？

4.3.區域變數/成員變數/靜態成員變數所對應的記憶體區域？

4.4.遞回方法執行程序如何理解？

4.5.普通方法和static方法之間的區別？