1. 打怪升級，你繞不開JVM
JVM，對Java程序員進階而言，是一個絕對繞不開，也不能繞開的話題。
在你打怪升級、進階蛻變的路上，勢必會遇到項目上線中各種OOM、GC等問題，此時JVM的功底就至關重要了。
這篇文章，我們將從自己寫的代碼運行角度出發，將JVM“開膛破肚”。看看我們寫的代碼，在JVM的各區域都幹了些啥？
多說一句，對於Java工程師的面試，JVM也是必問的一環，因此無論從面試還是實際工作，你都很有必要夯實自己的JVM功底。
扯得有點遠，趕緊拉回來，馬上進入正題！
2. JVM 區域劃分
jvm的區域，大致有以下幾塊：
程序計數器
虛擬機棧
堆
方法區
本地方法棧
接下來我們將JVM當成一個生物體，上述部分就是其不同器官。我們將從自己寫的Java代碼如何通過JVM來運行這一角度，來分析JVM裏這些“器官”是如何支撐我們的Java代碼跑起來的。
3. 程序計數器
假設我們有如下的一個類，就是最最基本的一個HelloWorld而已：
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World");
}
}
上面那段代碼首先會存在於 “.java” 後綴的文件裏，這個文件就是java源代碼文件。
但是這個文件是面向我們程序員的，計算機是看不懂這段代碼的。
所以此時就得通過編譯器，把“.java”後綴的源代碼文件編譯爲“.class”後綴的字節碼文件。
這個“.class”後綴的字節碼文件裏，存放的就是對你寫出來的代碼編譯好的字節碼了。
字節碼纔是計算器可以理解的一種語言，而不是我們寫出來的那一堆代碼。這個字節碼看起來大概是下面這樣的：
注：這段字節碼並不是完全對照着HelloWorld那個類來寫的，就是給一段示例，讓大家知道“.java”翻譯成的“.class”是大概什麼樣子的。
大概給各位解釋一下，圖中比如“0: aload_0”這樣的就是“字節碼指令”，他對應了一條條機器指令，計算機只有讀到這種機器碼指令，才知道具體應該要幹什麼。
比如字節碼指令可能會讓計算機從內存裏讀取某個數據，或者把某個數據寫入到內存裏去。各種各樣的指令，會指示計算機去幹各種各樣的事情。
所以到這裏，大家首先明白的第一點：Java代碼是會被翻譯成字節碼的，不同字節碼指令指揮計算機幹不同的事情。
那麼在執行字節碼指令的時候，JVM裏的程序計數器作用是啥呢？
答案是：用來記錄每個線程當前執行的字節碼指令的位置，即記錄當前線程目前執行到了哪一條字節碼指令。
在實際中，會有多個線程併發執行各種不同的代碼，所以每個線程都有自己的程序計數器，專門記錄當前線程目前執行到了哪一條字節碼指令。
下圖更加清晰的展示出了他們之間的關係。
4. Java虛擬機棧
好，我們接着來看。大家都清楚，Java代碼執行時，一定是線程來執行某個方法中的代碼。就算是最基礎的 HelloWorld ，也會有一個main線程來執行main方法裏的代碼。
在方法裏，經常會定義一些方法內的局部變量，比如下面這樣，在方法裏定義了一個局部變量“name”。
public void sayHello() {
String name = "hello";
}
所以咱們JVM的這個“器官”就要出場了，JVM必須有一塊區域是來保存每個方法內的局部變量等等數據的，這個區域就是Java虛擬機棧
爲什麼需要這個區域？因爲每個線程都會去執行各種方法的代碼，方法內還會嵌套調用其他的方法，所以每個線程都要有自己的Java虛擬機棧。
如果線程執行了一個方法，那麼就會爲這個方法調用創建對應的一個棧幀
棧幀裏就有這個方法的局部變量表 、操作數棧、動態鏈接、方法出口等東西。這裏別的東西不太好理解，後面我們再通過其他文章詳細闡述，這裏先理解一個局部變量就可以。
回到上面的例子，比如一個線程調用了上面寫的“sayHello”方法，那麼就會爲“sayHello”方法創建一個棧幀，壓入線程自己的Java虛擬機棧裏面去。
在棧幀的局部變量表裏就會有“name”這個局部變量，下圖展示了這個過程。
接着如果“sayHello”方法調用了另外一個“greeting”方法 ，比如下面那樣的代碼：
這時會給“greeting”方法又創建一個棧幀，壓入線程的Java虛擬機棧。
想想爲啥會這樣？因爲sayHello方法裏開始執行greeting方法了，而且greeting方法的棧幀的局部變量表裏有一個“greet”變量，它是greeting方法的局部變量。
下圖展示了這個過程：
接着如果“greeting”方法執行完畢了，就會把“greeting”方法對應的棧幀從Java虛擬機棧裏給出棧，然後如果“sayHello”方法也執行完畢了，就會把“sayHello”方法也從Java虛擬機棧裏出棧。
這就是JVM中的Java虛擬機棧這個組件的作用。
這塊大家需要記住的是：調用執行任何方法時，都會給方法創建棧幀，然後入棧。
在棧幀裏存放了這個方法對應的局部變量之類的數據，包括這個方法執行的其他相關的信息，方法執行完畢之後就出棧。
5. Java堆內存
JVM中有另外一個非常關鍵的區域，就是Java堆，用來存放我們在代碼中創建的各種對象的，比如下面的代碼：
public void teach(String name) {
Student student = new Student(name);
student.study();
}
上面的 “new Student(name)” 就創建了一個Student類型的對象實例，這個對象實例裏面會包含一些數據。類似Student這樣的對象，就會存放在Java堆內存裏。
然後方法的棧幀的局部變量表裏，這個引用類型的“student”局部變量就會存放Student對象的地址。你可以認爲局部變量表裏的“student”指向了Java堆裏的Student對象。
下圖展示了這個過程：
6. 方法區 / Metaspace
這個方法區是在JDK 1.8以前的版本里，代表JVM中的一塊區域，主要是放類似Student類自己的信息的，平時用到的各種類的信息，都是放在這個區域裏的，還會有一些類似常量池的東西放在這個區域裏。
但是在JDK 1.8以後，這塊區域的名字改了，叫做“Metaspace”，可以認爲是“元數據空間”這樣的意思，當然主要還是存放我們自己寫的各種類相關的信息。
7. 本地方法棧
在JDK很多底層API裏，比如IO相關的，NIO相關的，網絡Socket相關的，如果大家去看他內部的源碼，會發現很多地方都不是Java代碼。
很多地方都會去走native方法，去調用本地操作系統裏面的一些方法，可能調用的都是c語言寫的方法，或者一些底層類庫，比如下面這樣的：
public native int hashCode();
在調用這種native方法的時候，就會有線程對應的本地方法棧，這個裏面也是跟Java虛擬機棧類似的，也是存放各種native方法的局部變量表之類的信息。
關於這塊，這裏就不展開講了，後續有機會我們再寫文章專門闡述。
8. 堆外內存
還有一個區域，不屬於JVM，通過NIO中的allocateDirect這種API，可以在Java堆外分配內存空間，然後通過Java虛擬機裏的 DirectByteBuffer 來引用和操作堆外內存空間。
很多技術都會用這種方式，因爲有一些場景下，堆外內存分配可以提升性能。
9. 全文總結
最後做一點總結：
Java代碼通過JVM運行時，首先一定會一行一行執行編譯好的字節碼指令
然後在執行的過程中，對於方法的調用，會通過Java虛擬機棧來爲每個方法創建棧幀，入棧和出棧，而且棧幀裏有方法的局部變量。
對於對象的創建，會分配到Java堆內存裏去
對於類信息的存儲，會放在方法區 / Metaspace這樣的區域裏
另外有兩塊特殊的區域：
本地方法棧：執行native方法時候用的棧，跟Java虛擬機棧是類似的
堆外內存：可以在Java堆外分配內存空間來存儲一些對象。
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