所謂虛擬機，就是一臺虛擬的機器。它是一款軟件，用來執(zhí)行一系列虛擬計算機指令，大體上虛擬機可以分為系統(tǒng)虛擬機和程序虛擬機，Visual Box 、Vmare就屬于系統(tǒng)虛擬機。他們完全是對物理計算機的仿真，提供了一個可運行完成操作系統(tǒng)的軟件平臺。程序虛擬機典型代表就是java虛擬機，它專門為執(zhí)行單個計算機程序而設(shè)計，在java 虛擬機中執(zhí)行的指令，我們稱為java字節(jié)碼指令。無論是系統(tǒng)虛擬機還是程序虛擬機，在上面運行的軟件都被限制于虛擬機提供的資源中。java發(fā)展至今，出現(xiàn)過很多虛擬機，最初Sun使用的一款叫Classic的Java虛擬機，到現(xiàn)在引用最廣泛的是HotSpot虛擬機，除了Sun以外，還有BEA的JRockit，目前JRockit和HotSpot都被Oracle收入旗下，有整合的趨勢。

Java虛擬機的基本結(jié)構(gòu)

1 類加載子系統(tǒng) ： 負責(zé)從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中加載Clsaa信息，加載的信息存放在一塊稱之為方法區(qū)的內(nèi)存空間。

2方法區(qū)：就是存放類信息、常量信息、常量池信息、包括字符串字面量和數(shù)字常量等。

3java堆：在java虛擬機啟動的時候建立java堆，他是java程序最主要的內(nèi)存工作區(qū)域，幾乎所有的對象實例都存放到j(luò)ava堆中，堆空間是所有線程共享的。

4直接內(nèi)存：Java的NIO庫允許java程序使用直接內(nèi)存，從而提高性能，通常直接內(nèi)存速度會優(yōu)于java堆。讀寫頻繁的場合可能會考慮使用。

5java棧：每個虛擬機線程都有一個私有的棧，一個線程的java棧在線程創(chuàng)建的時候被創(chuàng)建，java棧中保存著局部變量，方法參數(shù)、同時java的方法調(diào)用、返回值等。

6本地方法棧：本地方法棧和java棧非常類似，最大不同為本地方法棧用于本地方法調(diào)用。java虛擬機允許java直接調(diào)用本地方法(通常使用C編寫)。

7垃圾收集系統(tǒng)是java的核心，也是必不可少的，java有一套自己進行垃圾清理的機制，具體的待會說明。

8PC 寄存器也是每個線程私有的空間，java虛擬機會為每個線程創(chuàng)建PC寄存器，在任意時刻，一個java線程總是在執(zhí)行一個方法，這個方法被稱為當(dāng)前方法，如果當(dāng)前方法不是本地方法，PC寄存器就會執(zhí)行當(dāng)前正在被執(zhí)行的命令，如果是本地方法，則PC寄存器值為undefined，寄存器存放如當(dāng)前執(zhí)行環(huán)境指針，程序計數(shù)器，操作棧指針，計算的變量指針等信息。

9虛擬機最核心的組建就是執(zhí)行引擎了，它負責(zé)執(zhí)行虛擬機的字節(jié)碼。一般用戶先進行編譯稱機器碼后執(zhí)行。

堆、棧、方法區(qū)概念和聯(lián)系

堆解決的是數(shù)據(jù)存儲的問題，即數(shù)據(jù)怎么放，放在哪兒。

棧解決程序的運行問題，即程序如何執(zhí)行，或者說如何處理數(shù)據(jù)。

方法區(qū)則是輔助堆棧的快永久區(qū)(Perm)，解決堆棧細心的產(chǎn)生，是先決條件。

我們創(chuàng)建一個新的對象，User：那么User類的一些信息(類信息，靜態(tài)信息都存在于方法區(qū)中)

而User類被實例化出來之后，被存儲到j(luò)ava堆中，一塊內(nèi)存空間

當(dāng)我們?nèi)ナ褂玫臅r候，都是使用User對象的引用，形如User user = new User()；

辨清java堆

java堆是和java應(yīng)用程序關(guān)系最密切的內(nèi)存空間，幾乎所有的對象都存放其中，并且java堆完全是自動化管理的，通過垃圾回收機制，垃圾對象會自動清理，不需要顯示地釋放。

根據(jù)垃圾回收機制不同，Java堆有可能有不同的結(jié)構(gòu)。最常見的就是將整個java堆分為新生代和老年代。其中新生代存放新生的對象或者年齡不大的對象，老年代則存放老年對象。

新生代分為eden區(qū)、s0區(qū)、s1區(qū)，s0和s1也被稱為from和to區(qū)域，他們是兩塊大小相等并且可以互換角色的空間。

絕大多數(shù)情況下，對象首先分配在eden區(qū)，在一次新生代回收后，如果對象還存活，則會進入s0和s1區(qū)，之后每經(jīng)過一次新生代回收，如果對象存活則它的年齡就加1，當(dāng)對象達到一定年齡后，則進入老年代。

垃圾收集算法

引用計數(shù)法：這是個比較古老而經(jīng)典的垃圾收集算法，其核心就是在對象被其他所引用時計數(shù)器加1，而當(dāng)引用失效時則減1，但是這種方式有非常嚴重的問題：無法處理循環(huán)引用的情況、還有就是每次進行加減操作比較浪費系統(tǒng)性能。

標(biāo)記清除法；就是分為標(biāo)記和清楚兩個階段進行處理內(nèi)存中的對象，當(dāng)然這種方式也有非常大的弊端，就是空間碎片問題，垃圾回收后的空間不是連續(xù)的，不連續(xù)的內(nèi)存空間的工作效率要低于連續(xù)的內(nèi)存空間。

復(fù)制算法：其核心思想就是將內(nèi)存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內(nèi)存中的存留對象復(fù)制到未被使用的內(nèi)存塊中去，之后去清楚之前正在使用的內(nèi)存塊中所有的對象，反復(fù)去交換兩個內(nèi)存的角色，完成垃圾收集。(java中新生代的from和to空間就是使用這個算法)

標(biāo)記壓縮法：標(biāo)記壓縮法在標(biāo)記清除法基礎(chǔ)之上做了優(yōu)化，把存活的對象壓縮到內(nèi)存一端，而后進行垃圾清理。(java中老年代使用的就是標(biāo)記壓縮法)/

java棧

java棧是一塊線程私有的內(nèi)存空間，一個棧，一般由三部分組成：局部變量表，操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)。

局部變量表：用于報錯函數(shù)的參數(shù)及局部變量：

操作數(shù)棧：主要保存計算過程的中間結(jié)果，同時作為計算過程中變量臨時的存儲空間；

幀數(shù)據(jù)區(qū)：除了局部變量表和操作數(shù)棧以外，棧還需要一些數(shù)據(jù)來支持常量池的解析，這里幀數(shù)據(jù)保存著訪問常量池的指針，方便程序訪問常量池，另外，當(dāng)函數(shù)返回或者出現(xiàn)異常時，虛擬機必須由一個異常處理表，方便發(fā)送異常的時候找到異常的代碼，因此異常處理表也是幀數(shù)據(jù)區(qū)的一部分。

java方法區(qū)

java方法區(qū)和堆一樣，方法區(qū)是一塊所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它保存系統(tǒng)的類信息，比如類的字段，方法，常量池等。方法區(qū)的大小決定了系統(tǒng)可以保存多少個類，如果系統(tǒng)定義太多的類，導(dǎo)致方法區(qū)溢出。虛擬機同樣會拋出內(nèi)存移除錯誤。方法區(qū)可以理解為永久區(qū)(Perm)。

虛擬機參數(shù)

在虛擬機運行的過程中，如果可以跟蹤系統(tǒng)的運行狀態(tài)，那么對于問題的故障排查會有一定的幫助，為此，虛擬機提供了一些跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)的參數(shù)，使用給定的參數(shù)執(zhí)行java虛擬機，就可以在系統(tǒng)運行時打印相關(guān)日志，用于分析實際問題。我們進行虛擬機參數(shù)配置，其實主要就是圍繞著堆，棧，方法區(qū)進行配置。

堆分配參數(shù)

-XX:+PrintGC 使用這個參數(shù)，虛擬機啟動后，只要遇到GC就會打印日志。

-XX:+UseSerialGC 配置串行回收器

-XX:+PrintGCDetails 可以查看詳細信息，包括各個區(qū)的情況。

-Xms: 設(shè)置java程序啟動時初始堆大小

-Xmx: 設(shè)置java程序能獲得的最大堆大小

-Xmx20m -Xms5m -XX:+PrintCommandLineFlags: 可以將隱式或者顯示傳給虛擬機的參數(shù)輸出

在實際工作中，可以直接將初始的堆大小和最大堆大小設(shè)置相等，這樣的好處是可以減少程序運行時的垃圾回收次數(shù)，從而提高性能。

下面看一個demo：

使用jdk自帶的工具類，打印運行時的內(nèi)存相關(guān)的內(nèi)容，

先看一下沒有配置jvm的打印結(jié)果:

內(nèi)存什么的都很大，看不出具體的內(nèi)存使用情況，下面在看一下使用jvm配置參數(shù)后的打印結(jié)果，

先看一下怎么設(shè)置jvm參數(shù)，

設(shè)置玩運行時的JVM，在來看一下打印的結(jié)果：

可以看到j(luò)ava堆的初始內(nèi)存時5M，最大內(nèi)存時20M，第一次分配1M時，使用一開始的初始內(nèi)存，后來，需要再次分配4M的時候，java虛擬器又重新申請了內(nèi)存。可以從total_memory看出來。

Heap里面可以看的到新生代，老年代，永久區(qū)的空間大小和臨界值。

實際項目中，會把jvm的運行環(huán)境放在項目運行的容器中。

新生代的堆參數(shù)配置

-Xmn：可以設(shè)置新生代的大小，設(shè)置一個比較大的新生代會減少老年代的大小，這個參數(shù)對系統(tǒng)性能以及GC行為由很大的影響，新生代大小一般會設(shè)置整個堆空間的1/3到1/4左右。

-XX:SurvivorRatio：用來設(shè)置新生代中eden空間和from/to空間的比例。含義：-XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to

不同的堆分布情況，對系統(tǒng)執(zhí)行會產(chǎn)生一定的影響，在實際工作中，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的特點做出合理的配置，基本策略：盡可能將對象預(yù)留在新生代，減少老年代的GC次數(shù)。

除了可以設(shè)置新生代的絕對大小(-Xmn)，還可以使用(-XX:NewRatio)設(shè)置新生代和老年代的比例:-XX:NewRatio=老年代/新生代

這個同樣看一個demo：

將3次配置，分別進行jvm配置，然后看一下控制臺的信息，能看到前兩次eden 和 s0或s1都是2：1的內(nèi)存空間，

第三次，老年代：新生代也是2:1的內(nèi)存空間。通過這個配置，可以將JVM的的配置進行細化。

堆溢出處理

在java程序的運行過程中，如果堆空間不足，則會拋出內(nèi)存溢出的錯誤(Out Of Menory) OOM,一旦這類問題發(fā)生在生產(chǎn)環(huán)境，可能引起嚴重的業(yè)務(wù)中斷，java虛擬機提供了-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError,使用該參數(shù)可以在內(nèi)存溢出時導(dǎo)出整個堆消息，與之配合使用的還有參數(shù)，-XX:HeapDumpPath，可以設(shè)置導(dǎo)出堆的存放路徑。

內(nèi)存分析工具：Memory Analyzer 1.5.0

棧配置

Java虛擬機提供了參數(shù)-Xss來指定線程的最大棧空間，整個參數(shù)也直接決定了函數(shù)可調(diào)用的最大深度。

方法區(qū)

和Java堆一樣，方法區(qū)是一塊所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于保存系統(tǒng)的類信息，方案區(qū)(永久區(qū))可以保存多少信息可以對其進行配置，在默認情況下，-XX:MaxPermSize為64MB，如果系統(tǒng)運行時生產(chǎn)大量的類，就需要設(shè)置一個相對合適的方法區(qū)，以免出現(xiàn)永久區(qū)內(nèi)存溢出的問題。

-XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=64M

直接內(nèi)存配置

直接內(nèi)存也是java程序中非常重要的組成部分，特別是廣泛用在NIO中，直接內(nèi)存跳過了java堆，是java程序可以直接訪問原生堆空間，因此在一定程度上加快了內(nèi)存空間的訪問速度。但是說直接內(nèi)存一定就可以提高內(nèi)存訪問速度也不見得，具體情況具體分析。

相關(guān)配置參數(shù)：-XX:MaxDirectMemorySize,如果不設(shè)置默認值為最大堆空間，即-Xmx。直接內(nèi)存使用達到上限時，就會觸發(fā)垃圾回收，如果不能有效的釋放空間，也會引起系統(tǒng)的OOM；

在JKD1.7之后，不用考慮這個。

更多詳情可以參照博客

http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java 虚拟机的原理_java虚拟机的原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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