JVM内部结构图及各模块运行机制总结

1.JVM内部模型图

JVM执行流程：

利用前端编译器（javac）将.java文件编译为.class文件（字节码文件），然后通过类加载子系统将.class文件加载到运行时数据区，之后通过执行引擎对.class文件进行解释执行。

2 类加载子系统

类加载子系统有七个操作：加载、链接（验证、准备、解析）、初始化、使用、卸载

2.1 加载

把.class文件读取到运行时数据区中，详细步骤为：

（1）通过全限定名读取到该类的二进制流（即，.class文件）；

（2）将该二进制流的静态结构读取到运行时数据区中的方法区中；

（3）在堆中创建该类的实例对象。

注意：加载时采用的是双亲委派机制，其原理如下图所示，当某个类加载器收到类加载请求时，会自底向上将此请求委派给其父类加载器，若最顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）不能加载此类，则自上而下把请求交还给其子类加载器，途中有类加载器可以加载此类，则进行加载，否则一直往下传递。若到达最底层的自定义类加载器（若没有自定义类加载器，则就是应用程序类加载器（Application ClassLoader））仍无法加载此类，则报出异常。

2.2 链接

2.2.1 验证

验证字节码文件是否符合JVM规范，比如字节码文件的文件开头是“CA FE BA BE”（称为魔数），这标识了它是JVM的字节码文件。

2.2.2 准备

为静态变量（static修饰）分配内存并赋初始值。

2.2.3 解析

将常量池中的符号引用（如#1，#2可能代表某个类，某个方法的符号引用）变为直接引用（内存地址）。

2.3 初始化

将静态变量的赋值动作以及静态代码块（static{}）发生的操作整合为clinit方法进行执行。其实就是为静态变量进行真正意义上的赋值。

2.4 使用

2.5 卸载

3 运行时数据区

3.1线程私有区域

Java虚拟机栈：

保存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口；每个线程单独拥有一个，用于执行程序；栈中的以栈帧为一个单位，一个栈帧相当于一个方法；执行流程：当调用main方法时，会将main方法作为一个栈帧压入到栈顶，若在执行main方法时调用了其它方法，则会把其它方法也作为栈帧压入栈顶，当栈顶方法执行完毕就会弹出栈。若所有栈帧都弹出，则程序运行结束。

本地方法栈：

本地方法栈与Java虚拟机栈类似，但它是为了执行本地方法（Native Methods）。本地方法栈执行时，需要调用到本地方法接口（也叫JNI/Java Native Interface），而本地方法接口需要调用本地方法库。

程序计数器：

控制程序指令的执行顺序，程序该怎么执行，哪个方法先执行，哪个方法后执行。

3.2 线程共享区域

方法区：

保存类的信息、常量池、方法数据、方法代码、JIT代码缓存等等；方法区是一种逻辑上的概念（即，JVM规范），在JDK1.7及之前方法区的落地实现叫做永久代（PermGen space），它位于堆中。在JDK1.8永久代被移除，将其变为元空间（Metaspace）。元空间与永久代最大区别在于，元空间使用的是直接内存（本地内存），而永久代使用的是堆内存。

Java堆：

保存new出来的实例对象；

JDK1.6时字符串常量池在运行时常量池内，属于运行时常量池的一部分；

JDK1.6到JDK1.7的变化是把静态常量和字符串常量从方法区中移到了堆中；

JDK1.7到JDK1.8的变化是对方法区的实现由永久代变为了元空间。

即字符串常量池在JDK1.7之后就移到了堆中，且存储的是字符串对象的引用，而不是对象本身。

在JDK1.8版本中，Java堆划分为新生代（NewGen）和老生代（OldGen）。

新生代：

1. 新生代由伊甸区（Eden space）、幸存from区（Survival from）、幸存to区（Survival to）构成。
2. 新生代发生的GC是轻GC（Minor GC），使用的GC算法是复制算法，复制算法原理是：当触发Minor GC时，利用可达性分析算法将Eden区存活对象移到Survival to区域，同时也将Survival from区域的存活对象也移到Survival to区域，然后将Survival to区域存活对象都复制到Survival from区域，且清除那些失效对象。即，每次GC都是将存活对象存入到Survival to区域，然后将Survival from区域和Survival to区域调换位置（实际是对象的复制过程）来保证Survival to区域是空的。
3. 复制算法适合存活周期较短的对象的垃圾回收，其优点是算法复杂度低，执行效率快，但内存空间浪费较大。

老生代：

1. 老生代发生的是重GC(Full GC)，使用的是标记清除和标记整理算法的混合版，当内存碎片产生较少时，使用标记清除算法。较多时，使用标记整理算法。
2. 标记清楚算法：利用可达性分析算法标记存活对象（可达对象），然后统一删除不可达对象。共两次操作，执行效率较低，且可能会产生较多内存碎片，相比复制算法，内存浪费较少。
3. 标记整理算法：利用可达性分析算法标记存活对象（可达对象），然后将它们移至一端，删除端以外的不可达对象。这样就可用保证内存的连续性，不会有内存碎片，内存使用率大幅提高，但是执行效率更低。

4 执行引擎

执行引擎由解释器、JIT编译器、垃圾回收器组成。

解释器：

用于程序代码的解释执行。

JIT编译器：

用于将热点代码（重复执行次数较多的代码）提前编译，存储在方法区中，以便下次使用。这是为了程序执行的效率考虑。

垃圾回收器：

新生代垃圾回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

老生代垃圾回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS