JVM
- JVM是什麼？
Java虛擬機器（JVM）是一個可以執行Java位元組碼的虛擬機器。它是一種抽象的計算機，具有自己的指令集和執行環境。JVM的主要工作是載入Java位元組碼（.class檔案），然後執行這些位元組碼。 - JVM的作用
平臺無關性：JVM使得Java程式能夠在任何安裝了JVM的作業系統上執行，實現了所謂的“一次編寫，到處執行”（Write Once, Run Anywhere）。這是因為Java原始碼被編譯成位元組碼，而不是直接編譯成機器程式碼。JVM負責解釋這些位元組碼，並將其翻譯成本地機器程式碼執行。
自動記憶體管理：JVM負責Java程式的記憶體管理，包括記憶體的分配（透過new關鍵字）和回收（透過垃圾收集器）。這意味著程式設計師不需要手動管理記憶體，減少了記憶體洩漏和野指標等錯誤。
安全性：JVM提供了一些安全機制，如類載入器的隔離、位元組碼驗證等，以防止惡意程式碼執行和訪問受限資源。
效能最佳化：JVM能夠對正在執行的程式進行效能監控和動態最佳化。例如，即時編譯器（JIT）可以將頻繁執行的位元組碼編譯成本地機器程式碼，以提高執行效率。 - 如何學習JVM？
瞭解基本概念：首先，需要理解JVM的基本組成部分，如類載入器、執行時資料區（堆、棧、方法區等）、執行引擎等。
閱讀官方文件：Oracle官方網站提供了關於JVM的詳細文件，這是學習JVM最權威的資源。
實踐和除錯：透過編寫和執行Java程式，觀察JVM如何工作。使用JVM引數和監控工具（如jconsole、jvisualvm等）來檢視JVM的行為。
深入學習：隨著經驗的積累，可以深入學習JVM的內部機制，如垃圾收集演算法、JIT編譯器等。 - 為什麼要關心JVM？
即使作為一名Java初學者，理解JVM的工作原理也是很有幫助的。這不僅可以幫助你更好地理解Java程式是如何執行的，而且還能幫助你最佳化程式效能、診斷問題並進行除錯。此外，深入瞭解JVM也是成為一名高階Java開發人員的必經之路。
# **JVM的記憶體結構劃分**
Java虛擬機器（JVM）是Java語言的執行環境，它將Java位元組碼翻譯成機器程式碼，然後在由特定計算機架構的硬體上執行。JVM記憶體結構是JVM能夠正常執行的關鍵。以下是JVM的記憶體結構劃分：
### 1. 堆（Heap）
<u>堆是JVM記憶體中最大的一塊，主要用於儲存物件和JRE類結構。堆記憶體的大小可以透過`-Xms`和`-Xmx`引數來設定。</u>
在Java中，堆（Heap）是JVM（Java虛擬機器）中用於記憶體分配的一塊重要區域。它主要用於儲存物件和JRE類結構。當我們建立一個物件或呼叫一個方法時，JVM會在堆記憶體中為它們分配記憶體。
堆記憶體的大小可以透過`-Xms`和`-Xmx`引數進行設定。`-Xms`用於設定堆記憶體的初始大小，而`-Xmx`用於設定堆記憶體的最大大小。例如：
```java
java -Xms256m -Xmx512m YourApplication
這將為堆記憶體分配256MB的初始大小和512MB的最大大小。
堆記憶體中的物件可以透過垃圾收集器（Garbage Collector，GC）進行回收。當一個物件不再被引用時，它所佔用的記憶體就可以被垃圾收集器回收。垃圾收集器會自動監測和回收不再使用的物件，從而釋放記憶體空間。
堆記憶體中的物件可以分為以下幾類：
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新生代（Young Generation）：新生代是堆記憶體中專門用於儲存新建立的物件的區域。大多數新建立的物件都會被分配在新生代。新生代分為三部分：一個Eden區和兩個倖存者區（Survivor spaces）。
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老年代（Old Generation）：當物件在新生代存活時間超過一定閾值後，它們會被移動到老年代。老年代主要用於儲存存活時間較長的物件。
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永久代（Permanent Generation，PGEN）：永久代用於儲存類資訊和類中的方法。在Java 8中，永久代被後設資料區（Metaspace）取代。後設資料區用於儲存類資訊和類中的方法，而不受垃圾收集器管理。
總之，堆是Java中用於記憶體分配的重要區域，主要用於儲存物件和JRE類結構。透過垃圾收集器，堆記憶體可以自動進行記憶體回收，從而保持程式執行的效率和穩定性。
2. 棧（Stack）
棧主要用於儲存區域性變數和部分方法呼叫。棧記憶體的大小是有限的，由JVM自動分配和釋放。
在Java中，棧（Stack）是一種特殊的記憶體區域，主要用於儲存區域性變數和部分方法呼叫。棧記憶體的大小是有限的，由JVM自動分配和釋放。
棧記憶體中的變數分為兩種：區域性變數和函式引數。當一個方法被呼叫時，它的區域性變數和函式引數會被壓入棧記憶體。當方法返回時，它們會被彈出棧記憶體並銷燬。因此，棧記憶體中的變數只在方法呼叫期間存在。
Java棧記憶體主要包括以下幾個部分：
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區域性變數表（Local Variable Table）：用於儲存方法的區域性變數。這些變數在方法呼叫時建立，在方法返回時銷燬。
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運算元棧（Operand Stack）：用於儲存運算元和中間結果。它與運算元棧緊密相連，用於處理Java位元組碼指令。
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幀指標（Frame Pointer）：用於指向當前方法的運算元棧和區域性變數表。
Java棧記憶體的實現依賴於硬體的棧結構。在x86架構的計算機上，Java棧與硬體棧共享記憶體空間。而在ARM架構的計算機上，Java棧與硬體棧是分離的。
總之，棧是Java中用於儲存區域性變數和部分方法呼叫的特殊記憶體區域。它的主要特點是自動分配和釋放記憶體，以及有限的記憶體大小。棧記憶體中的變數只在方法呼叫期間存在，從而提高了程式的執行效率。
3. 靜態區（Static Area）
靜態區主要用於儲存靜態變數和靜態方法。靜態區的大小在程式啟動時確定，並在程式執行期間保持不變。
4. 程式計數器（Program Counter Register）
程式計數器用於儲存當前執行緒執行的指令地址。它是一個特殊的暫存器，用於儲存下一條指令的地址，以便JVM能夠繼續執行指令。
5. 方法區（Method Area）
方法區主要用於儲存類資訊和類中的方法。它與堆記憶體緊密相連，用於儲存JVM中的後設資料。
6. 本地變數表（Local Variable Table）
本地變數表用於儲存方法的區域性變數。這些變數在方法呼叫時建立，在方法返回時銷燬。
7. 運算元棧（Operand Stack）
運算元棧用於儲存運算元和中間結果。它與棧記憶體緊密相連，用於處理Java位元組碼指令。
8. 物件引用棧（Object Reference Stack）
物件引用棧用於儲存物件引用。當一個物件被建立時，它的引用將被壓入物件引用棧。
9. 常量池（Constant Pool）
常量池用於儲存字串常量和數字常量。它與靜態區緊密相連，用於最佳化程式執行。
總結
JVM記憶體結構包括堆、棧、靜態區、程式計數器、方法區、本地變數表、運算元棧、物件引用棧和常量池。這些結構共同協作，使JVM能夠正常執行Java程式。
注意：不同的JVM實現可能會有所不同，但基本結構類似。例如，HotSpot JVM和J9 JVM的記憶體結構略有不同，但都包括堆、棧和方法區等主要部分。