深入理解java虚拟机，下面哪种类型的文件可以在java虚拟机中运行

文章来源：https://blog.csdn.net/zwx900102/article/details/107876856

原作者：双狼

来源平台：CSDN

简介：JVM系列文章中除特别说明外，部分功能均基于Hot Spot虚拟机和JDK1.8版本进行描述。下图是JDK 的整体图，对于学Java 的人来说都很熟悉。

从上图可以看出，Java虚拟机位于最底层，所有的Java应用程序都是在JVM的基础上运行的，所以学习JVM对于任何想要深入了解Java的人来说都是必不可少的。 Java 的口号是“一次编写，随处运行”。这是由于JVM的存在，它有助于处理各个平台的兼容性问题，让你只要安装了相应系统的JDK就可以运行而不必担心其他问题。

什么是JVM? JVM 的正式名称为Java 虚拟机，是一种抽象计算机。就像真正的计算机一样，它有一组指令，并在运行时在不同的内存区域中进行操作。虚拟机有很多不同类型，每个供应商只要遵循虚拟机规范就提供不同的实现。目前，虚拟机一般指的是热点。 JVM 对Java 编程语言一无所知，只知道一种特定的二进制格式：类文件格式。类文件包含Java虚拟机指令（或字节码）和符号表，以及其他辅助信息。这意味着你编写的程序最终传递给JVM执行时会被编译成二进制格式。注意：Java虚拟机只识别二进制格式的文件，因此你可以在Java虚拟机上运行任何语言，例如Kotlin、Groovy等，只要编译后的格式满足你的要求。

运行一个Java程序从创建的.java文件到最终在JVM上执行的过程大致如下：

Java类编译并加载后，加载后检索到的数据被放置在运行时数据区中，以便程序执行时可以直接从JVM内存中读取相应的信息。

运行时数据区运行时数据区：运行时数据区。 Java虚拟机定义了程序执行期间使用的各种运行时数据区域。其中一些数据区域是在Java 虚拟机启动时创建的，并且仅在Java 虚拟机终止时才被销毁。这些区域由所有线程共享，这会产生线程安全问题。有一些数据区域是每个线程专用的，但是每个线程的私有数据区域在线程创建时创建，在线程终止时销毁，但是线程私有数据区域不存在安全问题。运行时数据区主要包括部分PC寄存器、堆、方法区、虚拟机栈和本地方法栈。

PC（Program Counter）寄存器（Program Counter） PC寄存器是每个线程专用的空间。 Java虚拟机可以支持多个线程同时执行。在任何给定时刻，处理器仅执行线程内的一条指令。另外，由于线程是随机的，操作系统会不断切换线程来执行不同的指令。因此，要在切换线程后返回到原来的执行位置，每个JVM线程必须有自己的PC（程序计数器）寄存器，独立地存储执行信息，允许从之前的位置继续执行，这是需要做的。每个Java 虚拟机线程在任何给定时间执行单个方法的代码（该线程的当前方法）。如果该方法不是本地方法，则pc寄存器记录当前正在执行的Java虚拟机指令的地址。如果线程当前正在执行的方法是本地方法，则Java虚拟机PC寄存器的值为Undefined。

堆堆是Java虚拟机管理的最大内存量，在虚拟机启动时创建，并由所有线程共享。堆是在虚拟机启动时创建的，用于存储所有对象实例和数组（某些特殊情况除外）。堆中的对象永远不会显式释放，必须由GC 自动回收。因此，GC主要回收堆中的对象实例。通常，当我们讨论垃圾收集时，我们主要指的是回收堆内存。堆可以驻留在物理上不连续的内存空间中，可以固定大小或动态扩展，并且最小和最大堆内存值可以通过参数-Xms 和Xmx 控制。堆中可能存在以下异常：

如果计算需要的堆多于自动存储管理系统提供的堆，则会抛出OutOfMemoryError 错误。在堆上模拟OutOfMemoryError 为了方便模拟，固定堆的大小并设置如下：

-Xms20m 选择-Xmx20m 并创建一个新的测试类来测试它。

包com.zwx.jvm.oom;导入java.util.ArrayList;导入java.util.List;public class Heap { public static void main(String[] args) { List list=new ArrayList(); while (true) { list.add(99999); } }}输出如下（下面的Java堆区显示堆区溢出）：

线程“main”中出现异常java.lang.OutOfMemoryError: java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210)at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181)123 Java 堆空间注意：堆太小如果我更改大小如上所示，将参数设置为2m，出现以下错误：

VMGC 初始化期间发生错误，该错误在VM 初始化完成之前触发。尝试增加NewSize的当前值153 方法区（Method Area） 方法区是每个线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建。包含每个类的结构，包括运行时常量池、属性和方法数据以及方法和构造函数代码，包括类和实例初始化以及接口初始化中使用的特殊方法。尽管方法区在逻辑上是堆的一部分，但它被赋予别名“Non-Heap”以区别于Java 堆。方法区域可以是固定大小，可以根据计算需要而增长，也可以在不需要更大的方法区域时缩小。方法区内存不需要是连续的。方法区中可能会出现以下异常：

如果方法区域的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError。运行时常量池（Runtime Constant Pool） 运行时常量池是方法区的一部分，用于存储编译生成的文字和符号引用。类或接口的运行时常量池是在Java 虚拟机创建类或接口时构建的。

文字在计算机科学中，文字是用于表示源代码中固定值的符号。几乎所有计算机编程语言都有基本值的文字表示，例如整数、浮点数和字符串。 Java 中常用的文字是基本数据类型、常量或由Final 修饰的字符串。

String 字符串去哪了，值得拿出来单独解释一下。在jdk1.6及之前的版本中，Java字符串是放在方法区的运行时常量池中的，但是在jdk1.7和jdk1中，版本（jdk1.8及以后的版本因为我没有深入了解就不解释了） it).一旦检索出来，字符串常量池就被检索出来并放置在堆上。让我们用一个例子来展示其中的区别。

Package com.zwx;公共类演示{ public static void main(String[] args) { String str1=new String('lonely') + new String('wolf'); System.out.println(str1==str1. intern()); }}该语句的输出取决于JDK 版本：JDK1.6 打印false。

在JDK1.7 中输出true。

即使在JDK1.8 中也输出True。

jdk1.6及之前版本中的intern()方法：当调用String.intern()方法时，它首先会去常量池中查看当前字符串是否存在。如果不存在，将创建该字符串。方法区和new String('')方法创建的字符串都在堆中。返回false，因为两个字符串的地址不相等。在jdk1.7和1.8版本中，字符串常量池从方法区的运行时常量池移至堆内存，intern()方法也做了相应的改变。调用String.intern()方法时，首先检查常量池中是否存在。如果不存在，将创建一个常量，并且引用将指向堆。也就是说，两个字符串对象都指向堆中的对象，因此它们返回true。我们把上面的代码转换一下，构造一个字符串： String str1=new String('ja') + new String('va'); System.out.println(str1==str1.intern()); 此时，jdk1. 7、jdk1.8也返回false。《深入理解Java虚拟机》书中对这种差异的解释是Java字符串已经存在于常量池中，所以我个人猜测是JDK本身在初始化时需要使用Java字符串，因此创建了常量池。如果我的理解有误，请指正。谢谢。

new String("lonely") 创建多个对象。在上面的示例中，我们使用两个new String("lonely") 和new String("wolf") 添加对象。如果删除了new String() 语句之一，则jdk1.7 和jdk1.8 中返回的值实际上将为false 而不是true。这是为什么？见下文（假设字符串常量池开头没有字符串）。

仅执行一个new String("lonely") 就会创建两个对象，一个在堆上，一个在字符串常量池中。这时候就执行了String.intern()方法，对于字符串常量池的情况，String.intern()发现字符串常量池里有一个很长的字符串，所以直接返回。由于字符串存在，str1==str1.intern()将全部为假。因为一个在堆中，一个在字符串常量池中。

new String("lonely")+new String("wolf")创建了5个对象，3个在堆上，2个在字符串常量池中。此时执行String.intern()方法会发生什么情况呢？jdk1.7和jdk1.8检查字符串常量池，如果发现lonelywolf字符串不存在，则删除堆中指向的字符串它被创建并放置在字符串常量池中。

jdk1.6产生不同的执行结果是因为它重新创建了lonelywolf字符串并将其放入字符串常量池中而不是指向堆。注意：+号底层执行的是new StringBuild().append()语句，所以我们看下面的例子：

String s1=new StringBuilder('aa').toString();System.out.println(s1==s1.intern());String s2=new StringBuilder('aa').append('bb') .toString ();System.out.println(s2==s2.intern());//1.6返回false，1.7和1.8返回true1234.这在jdk1.6版本中都返回false，但是在jdk1.7和jdk1.8中一个返回false，另一个返回true。附加加法相当于上面的附加+号，原理是一样的。

符号引用符号引用以及类加载的工作原理将在下一篇文章中解释。我这里就不解释了。如果您有兴趣，请关注我，敬请关注JVM 系列的下一篇文章。

jdk 1.7和1.8之间实现方法区的区别Java虚拟机规范中规定了方法区，但没有关于实现方法的规定，因此虚拟机制造商可以通过多种方式实现方法区。对于HotSpot 虚拟机：

jdk1.7及之前版本中的方法区是以持久代格式实现的，方法区的大小和最大允许值可以通过参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来控制。

jdk1.8版本中删除了持久代，使用元空间来实现方法区，因此jdk1.8中持久代的参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize被废弃，取而代之的是参数-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize。元空间和持久代之间的主要区别在于，元空间不驻留在JVM 内存中，而是直接存储在本地内存中。 jdk1.8中设置-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize时出现警告，如下：

Java HotSpot(TM) 64 位服务器VM 警告： 忽略选项PermSize1m；在8.0 中删除支持Java HotSpot(TM) 64 位服务器VM 警告： 忽略选项MaxPermSize1m；在8.0 模拟方法区中删除支持OutOfMemoryErrorjdk1.7 及更早版本中删除jdk1.7及之前版本，使用持久代来实现方法区，可以通过设置持久代参数来模拟内存溢出。将持久代设置为最大2M:

-XX:PermSize=2m -XX:MaxPermSize=2m 然后运行以下代码。

package com.zwx;import java.util.ArrayList;import java.util.List;public class demo { public static void main(String[] args) { List list=new ArrayList(); int i=0; while (true ){ list.add(String.valueOf(i++).intern()); } }} 最后报OOM错误：PermGen space（持久代溢出）。

初始化VMjava.lang.OutOfMemoryError: 时发生错误。 PermGen spaceat sun.misc.Launcher$ExtClassLoader.getExtClassLoader(Launcher.java:141)at sun.misc.Launcher.(Launcher.java:71)at sun.misc.Launcher.(Launcher.java:57) jdk1.8 jdk1.8版本为永久代模拟方法不同，因为它已经被取消了。首先，我们引入asm字节码框架的依赖（前面介绍动态代理时，cglib动态代理也使用asm框架来生成字节码，所以我们可以直接通过cglib API生成）。

asm asm 3.3.1 创建工具类，生成class文件。

包com.zwx.jvm.oom;导入jdk.internal.org.objectweb.asm.ClassWriter;导入jdk.internal.org.objectweb.asm.MethodVisitor;导入org.objectweb.asm.Opcodes;导入java.util.ArrayList ;import java.util.List;public class MetaspaceUtil extends ClassLoader { public static List createClasses() { Listclasses=new ArrayList(); for (int i=0; i 10000000; ++i) { ClassWriter cw=new ClassWriter( 0 ); cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, 'Class' + i, null, 'java/lang/Object', null); MethodVisitor mw=cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, '', '( ) V', null, null); mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0); mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, 'java/lang/Object', '', '()V'); mw.visitInsn( Opcodes .RETURN); mw.visitMaxs(1, 1); mw.visitEnd(); MetaspaceUtil test=new MetaspaceUtil(); byte[] code=cw.toByteArray(); 类exampleClass=test.defineClass('Class' + i , code, 0, code.length);classes.add(exampleClass); } returnclasses; }}设置元空间的大小

-XX:MetaspaceSize=5M -XX:MaxMetaspaceSize=5M 1 接下来，运行测试类模拟。

package com.zwx.jvm.oom;import java.util.ArrayList;import java.util.List;public class MethodArea { public static void main(String[] args) { //jdk1.8 list list=new ArrayList() ; while(true){ list.addAll(MetaspaceUtil.createClasses()); } }}1234567891011121314 抛出以下异常OOM:Metaspace。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack） 每个Java虚拟机线程都有一个私有的Java虚拟机栈，它是与该线程同时创建的。 Java虚拟机栈存储的是栈帧（Frame）。每个调用的方法都会生成一个堆栈帧，用于存储方法状态信息，例如局部变量、操作堆栈帧和方退出。当调用方法时，会生成一个堆栈帧并将其压入堆栈，当方法调用完成时，会从堆栈中弹出堆栈帧。下图展示了一个典型的调用流程。

Java虚拟机栈中可能出现两种异常：

如果运行线程所需的堆栈深度大于Java虚拟机的堆栈深度，则会抛出StackOverflowError。从上图可以看出，调用一个方法实际上就是一个入栈和出栈的过程，如果一直入栈而不弹出，很可能会出现异常（比如递归）。 Java虚拟机栈可以动态增长，但是如果扩展大小时无法申请到足够的内存，则会抛出OutOfMemoryError。大多数Java 虚拟机堆栈支持大小的动态增长或允许固定大小配置（取决于虚拟机实现，Java 虚拟机规范允许两者）。注意：当我们谈论JVM堆栈时，我们通常指的是Java虚拟机堆栈。

下面是一个简单的递归方法，在不脱离递归条件的情况下模拟堆栈中的StackOverflowError。

package com.zwx.jvm.oom;public class JMVStack { public static void main(String[] args) { test(); } static void test(){ test(); }}1234567891011 输出结果如下。

线程“main”中的异常java.lang.StackOverflowErrorat com.zwx.jvm.oom.JMVStack.test(JMVStack.java:15)at com.zwx.jvm.oom.JMVStack.test(JMVStack.java:15).1234Native 方法栈（本地方法栈） 本地方法栈与Java虚拟机栈类似，只不过本地方法栈包含了native方法。在某些虚拟机中，例如热点虚拟机，本地部署栈和Java虚拟机栈是结合在一起的，而不是分离的。本地方法堆栈可能引发以下异常：

如果线程执行所需的堆栈深度大于本机方法的堆栈深度，则会抛出StackOverflowError。如果本地方法栈可以动态扩展，但扩展时内存不足，则会抛出OutOfMemoryError。概述这篇文章主要介绍了JVM运行时数据区的结构以及每个区域存储了哪些数据，然后模拟了常见异常是如何产生的。当然，模拟异常的方法有很多种。各个区域的存在以及生成的内容可以在模拟时适当地生成。本文从整体上介绍了运行时数据空间，主要用于概念性理解。下一篇文章介绍类加载机制和双亲委托模式。它引入了类加载模式，同时还更新了运行时数据。该地区的详细介绍。

如果你目前是一名Java开发人员，但也在学习Java，并且在你的Java学习之旅中缺少一些基础的入门视频教程，请关注我01并私信我。获取最新2020年Java基础深入视频教程、学习手册、面试题、开发工具、PDF文档书籍教程以及免费截图：

关注我们并私信我们：01.即可获得以上材料。