JVM 学习笔记（一）：Java 虚拟机的简介和基本结构

近期工作终于可以不用这么忙了，所以趁比较有精力和空余的时间，跑去图书馆把 JVM 知识学习一下。顺便做做笔记，以防忘记了要到回头来看。

本博文内容大多直接摘抄所看的书籍片段，然后再进行整理，把感觉比较主要和重点的内容记录下来。所以这部分内容最终解释权归原作者所有；还有部分是自己通过查找资料归纳的。 书籍列表（可能会不定期更新）：

《实战 Java 虚拟机：JVM 故障诊断与性能优化》，电子工业出版社，葛一鸣著

Java 虚拟机的种类

维基百科给出的一个很完整的目前存在的 JVM 种类：《Comparison_of_Java_virtual_machines 》
可以看到种类还是比较多的，但是主流和应用最广的当然只有几个（按流行程度递减）：

• HotSpot VM
• J9 VM
• Zing VM

详细介绍，请戳此链接：http://www.zhihu.com/question/29265430/answer/43818804

Java 虚拟机的基本结构

类加载子系统

类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载 Class 信息，加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中可能还会存放运行时常量池信息，包括字符串字面量和数字量（这部分常量信息是 Class 文件中常量池部分的内存映射）。

Java 堆

Java 堆在虚拟机启动的时候建立，它是 Java 程序主要的内存工作区域。几乎所有的 Java 对象实例都存放于 Java 堆中。堆空间是所有线程共享的，这是一块于 Java 应用密切相关的内存区间。

直接内存

直接内存是在 Java 堆外的、直接向系统申请的内存区间。通常，访问直接内存的速度会优于 Java 堆。因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。由于直接内存存在 Java 堆外，因此它的大小不会直接受限于 Xmx 指定的最大堆大小。

垃圾回收系统

垃圾回收系统是 Java 虚拟机的重要组成部分，它可以对方法区、Java 堆和直接内存进行回收。其中，Java 堆是垃圾收集器的工作重点。Java 中所有的对象空间释放都是隐式的，对于不再使用的垃圾对象，垃圾回收系统会在后台默默工作。

Java 栈

每个 Java 虚拟机线程都有一个私有的 Java 栈。一个线程的 Java 栈在线程创建的时候被创建。Java 栈中保存着帧信息、局部变量、方法参数，同时和 Java 的方法的调用、返回密切相关。

本地方法栈

本地方法栈和 Java 栈非常类似，最大的不同在于 Java 栈用于 Java 方法的调用，而本地方法栈则用于本地方法调用。作为对 Java 虚拟机的重要扩展，Java 虚拟机允许 Java 直接调用本地方法（通常用 C 编写）。

PC 寄存器

Program Counter 寄存器也是每个线程私有的空间，Java 虚拟机会每一个 Java 线程创建 PC 寄存器。在任意时刻，一个 Java 线程总是在执行一个方法，这个正在被执行的方法为当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC 寄存器就会指向当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC 寄存器就会指向当前正在被执行的指令。如果当前方法是本地方法，那么 PC 寄存器的值就是 undefined。

执行引擎

执行引擎是 Java 虚拟机的最核心组件之一，它负责执行虚拟机的字节码。现代虚拟机为提高执行效率，会使用即时编译技术将方法编译成机器码后再执行。