Java 虛擬機 跨平臺

虛擬機隱藏平臺差異，解決不同平臺代碼運行結果不一致問題，實現Write Once, Run Anywhere，實現用戶代碼跨平臺。它本身是一個操作系統上的應用程序，將字節碼文件翻譯成特定機器的機器碼。

Java 虛擬機 運行時內存區域

虛擬機隱藏內存區域，自動實現內存分配與垃圾回收，使用戶專注邏輯實現。

JVM 將運行時數據區分成五塊：堆，方法區，虛擬機棧，本地方法棧，程序計數器。

堆是內存區域最大的一塊，存放對象實例。所有線程共享。它是垃圾回收器 GC 主要管理的區域。堆中也存在線程私有區域（Thread Local ALlocation Buffer）以提升效率。Java 參數 -Xmx -Xms 可以設定 Java 堆大小。

方法區也是線程共享區域。相對于堆，垃圾回收沒有那么頻繁，條件也更苛刻。它存放存儲虛擬機加載的類型信息，常量，靜態變量，即時編譯器代碼緩存。垃圾回收主要針對常量池和類型卸載。JVM 將字節碼文件中的字面量，符號引用放入運行時常量池。內存不足也報OOM。

虛擬機棧對應線程。每個線程一個棧，且二者生命周期相同。線程執行的方法對應棧幀。棧幀保存局部變量表，操作數棧，返回地址等。調用和返回方法對于棧幀入棧和出棧。如果無限遞歸，棧深度超出閾值，報StackOverflowError。如果內存不足，OOM。
局部變量表存放方法所需的局部變量和返回地址。對于基本類型，直接存放值，對于引用類型，存放指針。局部變量表基本單位是四字節的 slot。小于四字節的 boolean，byte，char，short 變量也占據一個 slot。

本地方法棧與虛擬機棧類似，執行的是 native 方法，即非 Java 方法。

程序計數器指示當前線程執行字節碼行號，用于控制程序流程。線程上下文切換期間記錄當前線程執行行號，下次獲取時間片后從當前行號繼續執行。程序計數器不會內存溢出，線程私有。

直接內存不是虛擬機運行數據區一部分，它不由 JVM 管理，不受 JVM 大小限制。NIO 使用本地方法分配堆外內存(即直接內存，機器直接分配的內存)，通過堆內的 DirectByteBuffer 對象引用堆外內存，避免數據在堆內堆外來回復制。

對象的創建

第一步，要求虛擬機已經加載類。
第二步，為對象分配內存。類加載時就確定大小。分配內存的方法有：指針碰撞和空閑列表。指針碰撞：將堆分為兩塊，一塊已分配，另一塊未分配，指針為邊界，兩塊不能有交錯。移動指針分配空空閑內存。空閑列表：已分配與未分配交錯，維護一個列表，記錄可用列表塊。虛擬機采用CAS+重試實現線程安全地分配內存。
第三步，初始化內存，將實例字段初始化為零值。
第四步，設置對象頭。
第五步，執行構造函數。

對象布局

對象在堆內存中分三塊：對象頭，實例數據，對齊填充。對象頭包含兩部分：對象運行時數據和類型指針。運行時數據包括：GC 年齡，哈希碼，鎖狀態。類型指針指向類型元數據。如果是對象是數組，還包含數組長度。
實例數據包含對象字段。父類定義的變量在子類之前，相同長度的字段總是分配在一起。
對齊填充：對象起始地址必須是八字節的整數倍。