JVM的结构

结合《深入理解Java虚拟机：高级特性及最佳实践》、《实战Java虚拟机——JVM故障诊断与性能优化》、油管视频，下图是我对JVM结构的总结：

要理解JVM的结构，其实可以从java程序怎么运行的角度去理解：

java程序运行的是class文件，所以需要类装载子系统来把class文件加载到内存中运行，而class文件具体是加载存放到jvm中一块叫方法区的内存空间，方法区除了存放类信息外，还划分了一块叫运行时常量池的区域，用来存放字符串字面量、数字常量等信息。

class文件加载了，内存中有类信息了，java程序中就可以创建对象。那么对象又存哪里？当然是我们耳熟能详的堆内存了。另外，除了堆内存，还有一块直接内存，这块内存是堆外的内存，是直接向系统申请的内存空间，这块内存访问速度比堆内存块，比如Java的NIO库就使用了直接内存。

上面几样都是跟程序的数据存储相关的，而程序需要实现运行，以下的就是相关的：

Java栈： Java是多线程的，一条运行的线程就会有一个对应的Java栈。而一个线程跑的程序，会调用很多的函数，一个函数就对应Java栈中一个栈帧。栈帧存放着函数运行需要的东西，栈帧包含了：局部变量表、操作数栈、帧数据区等等。帧数据区是用来支持栈帧做常量池解析、方法返回、异常处理的。比如当Java字节码需要访问常量池时，帧数据区保存则常量池的指针，方便程序访问常量池；比如异常处理，帧数据区中会有一个异常处理表，方便在发生异常时找到处理异常的代码。

Exception table:
from    to  target  type
4       16  19      any
19      21  19      any

上面的异常处理表，表示字节码偏移量4~16字节可能抛出异常，如果抛出异常，跳转到偏移量19的地方继续执行。

程序计数器： 英文名是Program Counter Register，直译是“程序计数器寄存器”，所以国内的博客、书籍叫法有些统一。有的叫“程序计数器”，有的叫“PC寄存器”。我这里参考《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》的表述方法，叫程序计数器。程序计数器就是用来记录线程当前执行到哪一行字节码的。

本地方法栈： 结构跟Java栈差不多，区别就是它是用来执行本地方法的。

以上的方法区、Java堆、程序计数器、Java栈、本地方法栈构成了JVM的运行时数据区。

有了运行时数据区来存放Java程序运行的所有数据，就可以用执行引擎来把程序执行跑起来了。比如Interpreter是解析器，用来读取执行字节码的指令；JIT Compiler是即时编译器，可以即时把字节码指令编译机器码，弥补了Interpreter的性能不足；GC就是垃圾收集器，用来收集在运行时产生的垃圾内存。

关于局部变量表的一个细节

我在看《实战Java虚拟机-JVM故障诊断与性能优化》时看到一些有趣的地方，做了测试，顺便记录下来。

细节1：不同编译器编译出来局部变量表的大小有可能不一样。

public class TestStackDeep {
    private static int count = 0;

    public static void recursion(long a, long b, long c) {
        long e = 1, f = 2, g = 3, h = 4, i = 5, k = 6, q = 7, x = 8, y = 9, z = 10;
        count++;
        recursion(a, b, c);
    }
    public static void main(String args[]) {
        try {
			recursion(0L,0L,0L);
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("deep of calling = " + count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面代码中的recursion方法，有3个long类型的形参，方法中还定义了10个局部变量。在Intellij IDEA中使用jclasslib的插件可以查看到这个方法的局部变量表的大小：

这里是在Intellij IDEA中使用jdk7的javac编译器编译出来的，局部变量表占26个字：

改成eclipse编译器后，局部变量表占6个字：

看来eclipse编译器是做了优化，在recursion方法中定义的10个局部变量都没有使用过，所以直接就去掉了，只剩下6个字

“字”是指计算机内存中占据的一个单独的内存单元编号的一组二进制串。一般32位计算机上一个字为4个字节长度

细节2：局部变量表的槽位

public class LocalVar {
    public void localvar1() {
        int a = 0;
        System.out.println(a);
        int b = 0;
    }

    public void localvar2() {
        {
            int a = 0;
            System.out.println(a);
        }
        int b = 0;
    }

    public static void main(String[] args) {

    }
}

还是使用jclasslib来查看局部变量表。其中，

localvar1的局部变量表（最大占3个字）：

localvar1的局部变量表（最大占2个字）：

注意看localvar1的Index列显示占的槽位是0,1,2三个槽位，一个槽位占一个字，所以localvar1的局部变量表最大占3个字；

而注意看localvar2的Index列显示占的槽位是1,0,1，其中槽位“1”复用了，这叫叫槽位复用，所以localvar2的局部变量表最大占2个字