深入理解JVM（一）——JVM简介和运行时数据区结构

1.什么是JVM

2.JVM由哪几部分组成

3.程序计数器

4.虚拟机栈

5.本地方法栈

6.堆

7.方法区

1.什么是JVM
在我们日常的JAVA开发过程中，从原来一开始使用的的Servlet，JSP，再到后来出现的SSM，SpringBoot，以及队列，注册中心等等。这些都是所谓的JAVA上层技术，也是大家都在重点关注和学习的地方。但是大家对于JAVA的技术核心JAVA虚拟机了解甚少。
所以大部分人都认为这些上层技术才是重点，基础知识并不重要，其实这是一种"本末倒置的心态"。如果我们把API比喻成数学公式的话，那么JAVA虚拟机的知识就好比公式的推导过程。
所谓虚拟机（JVM）就是指运行JAVA字节码的虚拟计算机，就是能将JAVA的字节码文件翻译成操作系统能执行的文件，那么JAVA字节码文件又是哪来的呢？是由JAVAC编译器编译而来的（Javac是一种编译器，它的任务就是将Java源代码语言转化为JVM能够识别的一种语言），所以整个编译和执行过程如下：

2.JVM由哪几部分组成

我们先来看一张图：
JVM由类加载子系统，运行时数据区，以及执行引擎和本地方法接口组成，我们先来讲解一下它们的整体工作流程，再挨个部分进行分析：
我们写的JAVA代码，先由类装载子系统加载入运行时数据区中，这样，JAVA在运行的过程中，就可以从内存中获取类，变量，等信息了，同时，运行时数据区这也是我们等等主要要介绍的区域。
但是在字节码装载到JVM以后，字节码并不能运行在操作系统之上，所以这时候我们需要执行引擎，它将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令。简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。

本地方法接口的作用是融合不同的编程语言为java所用，它的初衷是融合C/C++程序。

今天我们重点来讲解运行时数据区的组成以及每一个部分的作用。

3.程序计数器
每一个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，它的作用就是用来存储代码当前运行的位置，也就是所谓的当前线程所执行的字节码的行号指示器。
用以完成循环，跳转，异常处理等基础功能，是在JAVA虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

4.虚拟机栈
虚拟机栈处于线程独占区
栈主管JAVA程序的运行，是在线程创建的时候创建，它的生命周期是跟随线程的生命周期，线程结束栈内存就释放，对于栈来说，不存在任何垃圾回收问题，只要线程一结束改栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的，8种基本类型变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配。

接下来我们来讲解一下栈的运行原理：

首先，栈有两个操作，出栈和入栈。每当我们运行一个方法的时候，都会对栈进行入栈操作，方法执行完毕后，就会执行出栈操作。

我们用代码来举例：

 public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main()");
        method01();
    }

    public static void method01(){
        System.out.println("method01()");
        method02();
    }

    public static void method02(){
        System.out.println("method02()");
    }

main方法执行后，main()方法会有一个入栈操作：

然后再运行method01和method02方法：

method01和method02就会执行连续入栈操作。
接着
method02执行完毕后，出栈
method01执行完毕后，出栈
main执行完毕后，出栈
每执行一个方法都会产生一个栈帧，保存到栈的顶部，顶部栈就是当前的方法，该方法执行完毕后自动将此栈帧出栈。
每个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。

5.本地方法栈
本地方法栈处于线程独占区
本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈是非虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机执行Native方法服务的。
在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。

6.堆
一个JVM实例只存在一个堆内存，是垃圾收集器的主要工作区域，堆内存的大小是可以调节的，类加载器读取了类文件后，需要把类，方法，常量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行

7.方法区
方法区处于线程共享区
存储运行时常量池，已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译后的代码等数据
一般垃圾回收不选择回收这个区域
方法区中包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class，static变量。