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Java 虚拟机 跨平台

虚拟机隐藏平台差异，解决不同平台代码运行结果不一致问题，实现Write Once, Run Anywhere，实现用户代码跨平台。它本身是一个操作系统上的应用程序，将字节码文件翻译成特定机器的机器码。

Java 虚拟机 运行时内存区域

虚拟机隐藏内存区域，自动实现内存分配与垃圾回收，使用户专注逻辑实现。

JVM 将运行时数据区分成五块：堆，方法区，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器。

堆是内存区域最大的一块，存放对象实例。所有线程共享。它是垃圾回收器 GC 主要管理的区域。堆中也存在线程私有区域（Thread Local ALlocation Buffer）以提升效率。Java 参数 -Xmx -Xms 可以设定 Java 堆大小。

方法区也是线程共享区域。相对于堆，垃圾回收没有那么频繁，条件也更苛刻。它存放存储虚拟机加载的类型信息，常量，静态变量，即时编译器代码缓存。垃圾回收主要针对常量池和类型卸载。JVM 将字节码文件中的字面量，符号引用放入运行时常量池。内存不足也报OOM。

虚拟机栈对应线程。每个线程一个栈，且二者生命周期相同。线程执行的方法对应栈帧。栈帧保存局部变量表，操作数栈，返回地址等。调用和返回方法对于栈帧入栈和出栈。如果无限递归，栈深度超出阈值，报StackOverflowError。如果内存不足，OOM。
局部变量表存放方法所需的局部变量和返回地址。对于基本类型，直接存放值，对于引用类型，存放指针。局部变量表基本单位是四字节的 slot。小于四字节的 boolean，byte，char，short 变量也占据一个 slot。

本地方法栈与虚拟机栈类似，执行的是 native 方法，即非 Java 方法。

程序计数器指示当前线程执行字节码行号，用于控制程序流程。线程上下文切换期间记录当前线程执行行号，下次获取时间片后从当前行号继续执行。程序计数器不会内存溢出，线程私有。

直接内存不是虚拟机运行数据区一部分，它不由 JVM 管理，不受 JVM 大小限制。NIO 使用本地方法分配堆外内存(即直接内存，机器直接分配的内存)，通过堆内的 DirectByteBuffer 对象引用堆外内存，避免数据在堆内堆外来回复制。

对象的创建

第一步，要求虚拟机已经加载类。
第二步，为对象分配内存。类加载时就确定大小。分配内存的方法有：指针碰撞和空闲列表。指针碰撞：将堆分为两块，一块已分配，另一块未分配，指针为边界，两块不能有交错。移动指针分配空空闲内存。空闲列表：已分配与未分配交错，维护一个列表，记录可用列表块。虚拟机采用CAS+重试实现线程安全地分配内存。
第三步，初始化内存，将实例字段初始化为零值。
第四步，设置对象头。
第五步，执行构造函数。

对象布局

对象在堆内存中分三块：对象头，实例数据，对齐填充。对象头包含两部分：对象运行时数据和类型指针。运行时数据包括：GC 年龄，哈希码，锁状态。类型指针指向类型元数据。如果是对象是数组，还包含数组长度。
实例数据包含对象字段。父类定义的变量在子类之前，相同长度的字段总是分配在一起。
对齐填充：对象起始地址必须是八字节的整数倍。