读书笔记之《实战Java虚拟机》（2）：认识Java虚拟机的基本结构

基本结构

类加载子系统
负责从文件系统，或者网络中加载Class信息；
方法区
存放加载的Class信息，和运行时常量；
Java堆
在虚拟机启动时建立，是Java程序最主要的内存工作区域，几户所有对象实例都存放在堆中，线程共享；
直接内存
NIO允许Java直接使用系统内存，相比Java堆访问速度更快，适用于读写频繁场景；
垃圾回收系统
对方法区、Java堆和直接内存进行回收，主要是Java堆。垃圾回收系统会在程序后台运行，查找、标识并释放垃圾对象；
Java栈
每个线程都有一个私有的Java栈，保存着线程局部变量、方法参数，同时和Java方法的调用、返回密切相关；
本地方法栈
与Java栈结构类似，不同则是用于本地方法调用，Java虚拟机允许Java直接调用本地方法（通常使用C编写）；
PC寄存器
Program Counter，程序计数器，线程私有，指向当前线程正在执行的方法，如果是本地方法，PC寄存器的值就是undefined；
执行引擎
负责执行虚拟机的字节码；

Java堆

垃圾回收机制不同，Java堆结构也可能不同，最常见的结构如下：

将整个Java堆分为新生代和老年代，详细信息可参考后续垃圾回收机制。

-Xmx，系统最大对空间。例-Xmx64m，指系统最大可用堆空间大小为64m。

例：获取当前系统最大可用堆内存

public static void main(String[] args) {
    long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
    System.out.println("-Xmx" + maxMemory + "m");
}

Java栈

同数据结构中栈的定义一样，先进后出。Java栈主要内容为栈帧，每个方法调用，就有有一个对应的栈帧入栈，调用结束对应栈帧出栈。栈帧主要包含局部变量表、操作数栈和帧数据。

-Xss，系统最大栈空间。例-Xss256k，指系统最大可用栈空间大小为256k。

例：获取系统最大栈深度（通过调整栈大小、局部变量观察输出结果）

public class Test {

    private int count = 0;

    public void recursion() {
        long a = 1L, b = 2, c = 3, d = 4, e = 5, f = 6;
        count++;
        recursion();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        try {
            test.recursion();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println(test.count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

方法区

在JDK 1.6和JDK 1.7中，方法区又称作永久区（Perm），保存系统的类信息，包括类的字段、方法、常量池等。

-XX:PermSize，-XX:MaxPermSize指定初始永久区大小，和最大永久区大小。

例：试探创建类的数量上限（依赖第三方库cglib）

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        int count = 0;
        try {
            while (true) {
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                // 指定不适用缓存
                enhancer.setUseCache(false);
                enhancer.setSuperclass(Test.class);
                enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
                    @Override
                    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
                        return null;
                    }
                });
                enhancer.create();
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

JDK 1.8中完全移除了永久区，取而代之的是元数据区，使用参数-XX:MaxMetaspaceSize指定，位于系统内存。