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这篇著作说明了Java 造谣机(JVM)的里面架构。下图长远了盲从 Java SE 7 顺序的典型的 JVM 中枢里面组件。

上图长远的组件分两个章节说明。第一章究诘针对每个线程创建的组件，第二章节究诘了线程无关组件。

线程

这里所说的线程指环节实施经由中的一个线程实体。JVM 允许一个愚弄并发实施多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有径直的映射关联。当线程土产货存储、缓冲鉴别拨、同步对象、栈、环节计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。Java 线程终端，原生线程随之被回收。操作系统认真转机通盘线程，并把它们分拨到任何可用的 CPU 上。当原生线程开动化完了，就会调用 Java 线程的 run() 方法。run() 复返时，被处理未拿获十分，原生线程将阐述由于它的终端是否要隔断 JVM 程度(比如这个线程是终末一个非督察线程)。当线程终端时，会开释原生线程和 Java 线程的通盘资源。

JVM 系统线程

要是使用 jconsole 简略其它调试器，你会看到许多线程在后台运行。这些后台线程与触发 public static void main(String[]) 函数的干线程以及干线程创建的其他线程全部运行。Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有底下几个：

线程有关组件

每个运行的线程齐包含底下这些组件：

环节计数器(PC)

PC 指现时辅导(或操作码)的地址，土产货辅导除外。要是现时方法是 native 方法，那么PC 的值为 undefined。通盘的 CPU 齐有一个 PC，典型情景下，每实施一条辅导 PC 齐会自增，因此 PC 存储了指向下一条要被实施的辅导地址。JVM 用 PC 来追踪辅导实施的位置，PC 将实质上是指向方法区(Method Area)的一个内存地址。

栈(Stack)

每个线程领有我方的栈，栈包含每个方法实施的栈帧。栈是一个后进先出(LIFO)的数据结构，因此现时实施的方法在栈的顶部。每次方法调用时，一个新的栈帧创建并压栈到栈顶。当方法普通复返或抛出未拿获的十分时，栈帧就会出栈。除了栈帧的压栈和出栈，栈不可被径直操作。是以不错在堆上分拨栈帧，况兼不需要连气儿内存。

Native栈

并非通盘的 JVM 完结齐救助土产货(native)方法，那些提供救助的 JVM 一般齐会为每个线程创建土产货方法栈。要是 JVM 用 C-linkage 模子完结 JNI(Java Native Invocation)，那么土产货栈即是一个 C 的栈。在这种情况下，土产货方法栈的参数端正、复返值和典型的 C 环节相易。土产货方法一般来说不错(依赖 JVM 的完结)反过来调用 JVM 中的 Java 方法。这种 native 方法调用 Java 会发生在栈(一般是 Java 栈)上;线程将离开土产货方法栈，并在 Java 栈上开采一个新的栈帧。

栈的铁心

栈不错是动态分拨也不错固定大小。要是线程肯求一个逾越允许畛域的空间，就会抛出一个StackOverflowError。要是线程需要一个新的栈帧，关联词莫得实足的内存不错分拨，就会抛出一个 OutOfMemoryError。

栈帧(Frame)

每次方法调用齐会新建一个新的栈帧并把它压栈到栈顶。当方法普通复返简略调用经由中抛出未拿获的十分时，栈帧将出栈。更多对于十分处理的细节，不错参考底下的十分信息表章节。

每个栈帧包含：

局部变量数组

局部变量数组包含了方法实施经由中的通盘变量，包括 this 援用、通盘方法参数、其他局部变量。对于类方法(也即是静态方法)，方法参数从下标 0 起头，对于对象方法，位置0保留为 this。

有底下这些局部变量：

除了 long 和 double 类型除外，通盘的变量类型齐占用局部变量数组的一个位置。long 和 double 需要占用局部变量数组两个连气儿的位置，因为它们是 64 位双精度，其它类型齐是 32 位单精度。

操作数栈

操作数栈在实施字节码辅导经由中被用到，这种方式近似于原生 CPU 寄存器。大部分 JVM 字节码把技术破耗在操作数栈的操作上：入栈、出栈、复制、交换、产生消费变量的操作。因此，局部变量数组和操作数栈之间的交换变量辅导操作通过字节码频繁实施。比如，一个快乐的变量开动化语句将产生两条跟操作数栈交互的字节码。

int i; 

被编译成底下的字节码：

0: iconst_0 // Push 0 to top of the operand stack 1: istore_1 // Pop value from top of operand stack and store as local variable 1 

更多对于局部变量数组、操作数栈和运行频频量池之间交互的详备信息，不错在类文献结构部分找到。

动态联贯

每个栈帧齐有一个运行频频量池的援用。这个援用指向栈帧现时运行方刑场所类的常量池。通过这个援用救助动态联贯(dynamic linking)。

C/C++ 代码一般被编译成对象文献，然后多个对象文献被联贯到全部产生可实施文献简略 dll。在联贯阶段，每个对象文献的秀气援用被替换成了最终实施文献的相对偏移内存地址。在 Java中，联贯阶段是运行时动态完成的。

当 Java 类文献编译时，通盘变量和方法的援用齐被看成念秀气援用存储在这个类的常量池中。秀气援用是一个逻辑援用，实质上并不指向物理内存地址。JVM 不错秉承秀气援用阐明的时机，一种是当类文献加载并校验通事后，这种阐明方式被称为饥饿方式。另外一种是秀气援用在第一次使用的时候被阐明，这种阐明方式称为惰性方式。岂论若何 ，JVM 必须要在第一次使用秀气援用时完成阐明并抛出可能发生的阐明诞妄。绑定是将对象域、方法、类的秀气援用替换为径直援用的经由。绑定只会发生一次。一朝绑定，秀气援用会被十足替换。要是一个类的秀气援用还莫得被阐明，那么就会载入这个类。每个径直援用齐被存储为相对于存储结构(与运行时变量或方法的位置有关联的)偏移量。

线程间分享

堆

堆被用来在运行时辰拨类实例、数组。不可在栈上存储数组和对象。因为栈帧被筹办为创建以后无法调理大小。栈帧只存储指向堆中对象或数组的援用。与局部变量数组(每个栈帧中的)中的原始类型和援用类型不同，对象老是存储在堆上以便在方法终端时不会被移除。对象只可由垃圾回收器移除。

为了救助垃圾回收机制，堆被分为了底下三个区域：

内存处理

对象和数组永恒不会显式回收，而是由垃圾回收器自动回收。凡俗，经由是这么的：

非堆内存

非堆内存指的是那些逻辑上属于 JVM 一部分对象，但实质上不在堆上创建。

代码缓存(Code Cache)：用于编译和存储那些被 JIT 编译器编译成原生代码的方法。

即时编译(JIT)

Java 字节码是说明实施的，关联词莫得径直在 JVM 宿主实施原生代码快。为了普及性能，Oracle Hotspot 造谣契机找到实施最频繁的字节码片断并把它们编译成原期许器码。编译出的原期许器码被存储在非堆内存的代码缓存中。通过这种方法，Hotspot 造谣机将量度底下两种技术花费：将字节码编译资土产货代码需要的荒谬技术和说明实施字节码花费更多的技术。

方法区

方法区存储了每个类的信息，比如：

通盘线程分享归拢个方法区，因此走访方法区数据的和动态联贯的程度必须线程安全。要是两个线程试图走访一个还未加载的类的字段或方法，必须只加载一次，而且两个线程必须等它加载完了本事持续实施。

类文献结构

一个编译后的类文献包含底下的结构：

不错用 javap 稽察编译后的 java class 文献字节码。

要是你编译底下这个快乐的类：

package org.jvminternals; public class SimpleClass {  public void sayHello() {  System.out.println("Hello");  } } 

运行底下的敕令，就不错得回底下的驱散输出： javap -v -p -s -sysinfo -constants classes/org/jvminternals/SimpleClass.class。

这个 class 文献展示了三个主要部分：常量池、构造器方法和 sayHello 方法。

这个 class 文献用到底下这些字节码操作符：

跟任何典型的字节码同样，操作数与局部变量、操作数栈、运行频频量池的主要交互如下所示。

构造器函数包含两个辅导。当先，this 变量被压栈到操作数栈，然后父类的构造器函数被调用，而这个构造器会消费 this，之后 this 被弹出操作数栈。

sayHello() 方法愈加复杂，正如之前说明的那样，因为它需要用运行频频量池中的指向秀气援用的信得过援用。第一个操作码 getstatic 从System类中将out静态变量压到操作数栈。下一个操作码 ldc 把字符串 “Hello” 压栈到操作数栈。终末 invokevirtual 操作符会调用 System.out 变量的 println 方法，从操作数栈作弹出”Hello” 变量作为 println 的一个参数，并在现时方程开采一个新栈帧。

类加载器

JVM 启动时会用 bootstrap 类加载器加载一个开动化类，然后这个类会在public static void main(String[])调用之前完成联贯和开动化。实施这个方法会实施加载、联贯、开动化需要的荒谬类和接口。

冷号：最近十周星期一前区开出13个冷号，上周星期一冷号出现1个，本周星期一预计冷号强势回归，参考冷号08 12 20。

加载(Loading)是这么一个经由，找到代表这个类的 class 文献或凭证特定的名字找到接口类型，然后读取到一个字节数组中。接着，这些字节会被阐明考试它们是否代表一个 Class 对象并包含正确的 major、minor 版块信息。径直父类的类和接口也会被加载进来。这些操作一朝完成，类简略接口对象就从二进制默示中创建出来了。

联贯(Linking)是校验类或接口并准备类型和父类父接口的经由。联贯经由包含三步：校验(verifying)、准备(preparing)、部分阐明(optionally resolving)。

校验会阐述类简略接口默示是否结构正确，以及是否恪守 Java 言语和 JVM 的语义条件，比如会进行底下的查验：

在考据阶段作念这些查验意味着不需要在运行阶段作念这些查验。联贯阶段的查验放慢了类加载的速率，关联词它幸免了实施这些字节码时的屡次查验。

准备经由包括为静态存储和 JVM 使用的数据结构(比如方法表)分拨内存空间。静态变量创建并开动化为默许值，关联词开动化代码不在这个阶段实施，因为这是开动化经由的一部分。

阐明是可选的阶段。它包括通过加载援用的类和接口来查验这些秀气援用是否正确。要是不是发生在这个阶段，秀气援用的阐明要比及字节码辅导使用这个援用的时候才会进行。

类简略接口开动化由类或接口开动化方法的实施构成。

JVM 中有多个类加载器，分饰不同的变装。每个类加载器由它的父加载器加载。bootstrap 加载器除外，它是通盘最顶层的类加载器。

加快类加载

分享类数据(CDS)是Hotspot JVM 5.0 的时候引入的新特色。在 JVM 装配经由中，装配程度会加载一系列中枢 JVM 类(比如 rt.jar)到一个分享的内存映射区域。CDS 减少了加载这些类需要的技术，普及了 JVM 启动的速率，允许这些类被不同的 JVM 实例分享，同期也减少了内存花费。

方法区在那边

The Java Virtual Machine Specification Java SE 7 Edition 中写得很明晰：“尽管方法区逻辑上属于堆的一部分，快乐的完结不错秉承分歧它进行回收和压缩。”。Oracle JVM 的 jconsle 长远方法区和 code cache 区被看成念为非堆内存，而 OpenJDK 则长远 CodeCache 被看成念 VM 中对象堆(ObjectHeap)的一个寂然的域。

Classloader 援用

通盘的类加载之后齐包含一个加载本身的加载器的援用，反过来每个类加载器齐包含它们加载的通盘类的援用。

运行频频量池

JVM 抠门了一个按类型鉴别的常量池，一个近似于秀气表的运行时数据结构。尽管它包含更多半据。Java 字节码需要数据。这个数据频繁因为太大不可径直存储在字节码中，拔帜易帜的是存储在常量池中，字节码包含这个常量池的援用。运行频频量池被用来上头先容过的动态联贯。

常量池中不错存储多种类型的数据：

示例代码如下：

Object foo = new Object(); 

写成字节码将是底下这么：

0: new #2 // Class java/lang/Object 1: dup 2: invokespecial #3 // Method java/ lang/Object "<init>"( ) V 

new 操作码的后头紧随着操作数 #2 。这个操作数是常量池的一个索引，默示它指向常量池的第二个实体。第二个实体是一个类的援用，这个实体反过来援用了另一个在常量池中包含 UTF8 编码的字符串类名的实体(// Class java/lang/Object)。然后，这个秀气援用被用来寻找 java.lang.Object 类。new 操作码创建一个类实例并开动化变量。新类实例的援用则被添加到操作数栈。dup 操作码创建一个操作数栈顶元素援用的荒谬拷贝。终末用 invokespecial 来调用第 2 行的实例开动化方法。操作码也包含一个指向常量池的援用。开动化方法把操作数栈出栈的顶部援用看成念此方法的一个参数。终末这个新对象惟有一个援用，这个对象也曾完成了创建及开动化。

要是你编译底下的类：

package org.jvminternals; public class SimpleClass {    public void sayHello() {  System.out.println("Hello");  }   } 

生成的类文献常量池将是这个面孔：

这个常量池包含了底下的类型：

十分表

十分表像这么存储每个十分处理信息：

要是一个方法有界说 try-catch 简略 try-finally 十分处理器，那么就会创建一个十分表。它为每个十分处理器和 finally 代码块存储必要的信息，包括处理器粉饰的代码块区域和处理十分的类型。

当方法抛出十分时，JVM 会寻找匹配的十分处理器。要是莫得找到，那么方法会立即终端并弹出现时栈帧，这个十分会被从头抛到调用这个方法的方法中(在新的栈帧中)。要是通盘的栈帧齐被弹出还莫得找到匹配的十分处理器，那么这个线程就会隔断。要是这个十分在终末一个非督察程度抛出(比如这个线程是干线程)，那么也有会导致 JVM 程度隔断。

Finally 十分处理器匹配通盘的十分类型，且不管什么十分抛出 finally 代码块齐会实施。在这种情况下，当莫得十分抛出时，finally 代码块照旧会在方法终末实施。这种靠在代码 return 之前跳转到 finally 代码块来完结。

秀气表

除了按类型来分的运行频频量池，Hotspot JVM 在永恒代还包含一个秀气表。这个秀气表是一个哈希表，保存了秀气指针到秀气的映射关联(也即是 Hashtable

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援用计数被用来限制一个秀气从秀气表从移除的经由。比如当一个类被卸载时，它领有的在常量池中通盘秀气的援用计数将减少。当秀气表中的秀气援用计数为 0 时，秀气表会合计这个秀气不再被援用，将从秀气表中卸载。秀气表和后头先容的字符串表齐被保存在一个顺序化的结构中，以便普及成果并保证每个实例只出现一次。

字符串表

Java 言语顺序条件相易的(即包含相易序列的 Unicode 指针序列)字符串字面量必须指向相易的 String 实例。除此之外，在一个字符串实例上调用 String.intern() 方法的复返援用必须与字符串是字面量时的同样。因此，底下的代码复返 true：

("j" + "v" + "m").intern() == "jvm" 

Hotspot JVM 中 interned 字符串保存在字符串表中。字符串表是一个哈希表，保存着对象指针到秀气的映射关联(也即是Hashtable

当类加载时澳门金沙百家乐，字符串字面量被编译器自动 intern 并加入到秀气表。除此之外，String 类的实例不错调用 String.intern() 显式地 intern。当调用 String.intern() 方法时，要是秀气表也曾包含了这个字符串，那么就会复返秀气内外的这个援用，要是不是，那么这个字符串就被加入到字符串表中同期复返这个援用。