jvm 内存模型

356次围观   7个点赞   5人评论

作者头像

zeal

7个月前 发表于 技术专栏

jvm 内存模型

356次围观   7个点赞   5人评论

作者头像

zeal

7个月前 发表于 技术专栏

jvm 内存模型

众所周知,Java是一门跨平台的编程语言,通过JVM为程序员屏蔽了底层操作系统的差异,除了跨平台之外,JVM也带来了一个区别于CC++的非常大的优点,那就是自动帮我们做内存管理,将程序员从繁杂的内存操作中解放出来,从而更专注于业务处理。

虽然JVM帮我们做好了内存管理,但是并不是说程序员就可以一劳永逸高枕无忧了,现实中的业务场景是错综复杂的,因此那么我们有必要来了解JVM底层是如何来实现的,以备当JVM出现问题而”失灵“的时候,进行适当的处理。

JVM 运行示意图

JVM 运行示意图
JVM 运行示意图

从图中可以大概看到JVM的运行机制和内存空间分配,下面我们各自看下几个关键区域的作用。

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都需要依赖这个计数器来完成。

另外,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各线程之间计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

从上面的介绍中我们知道了程序计数器主要有两个作用:

字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

⚠️ 注意 :程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域,它的生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。

Java 虚拟机栈

Java 虚拟机栈
Java 虚拟机栈

与程序计数器一样,Java 虚拟机栈(后文简称栈)也是线程私有的,它的生命周期和线程相同,随着线程的创建而创建,随着线程的死亡而死亡。

栈绝对算的上是 JVM 运行时数据区域的一个核心,除了一些 Native 方法调用是通过本地方法栈实现的(后面会提到),其他所有的 Java 方法调用都是通过栈来实现的(也需要和其他运行时数据区域比如程序计数器配合)。

方法调用的数据需要通过栈进行传递,每一次方法调用都会有一个对应的栈帧被压入栈中,每一个方法调用结束后,都会有一个栈帧被弹出。

栈由一个个栈帧组成,而每个栈帧中都拥有:局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址。和数据结构上的栈类似,两者都是先进后出的数据结构,只支持出栈和入栈两种操作。

局部变量表 主要存放了编译期可知的各种数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型,它不同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)。

操作数栈 主要作为方法调用的中转站使用,用于存放方法执行过程中产生的中间计算结果。另外,计算过程中产生的临时变量也会放在操作数栈中。

动态链接 主要服务一个方法需要调用其他方法的场景。在 Java 源文件被编译成字节码文件时,所有的变量和方法引用都作为符号引用(Symbilic Reference)保存在 Class 文件的常量池里。当一个方法要调用其他方法,需要将常量池中指向方法的符号引用转化为其在内存地址中的直接引用。动态链接的作用就是为了将符号引用转换为调用方法的直接引用。

本地方法栈

和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

本地方法被执行的时候,在本地方法栈也会创建一个栈帧,用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息。

Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java 堆是所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。

Java 世界中“几乎”所有的对象都在堆中分配,但是,随着 JIT 编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化,所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。从 JDK 1.7 开始已经默认开启逃逸分析,如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用(也就是未逃逸出去),那么对象可以直接在栈上分配内存。

Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作 GC 堆(Garbage Collected Heap)。从垃圾回收的角度,由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以 Java 堆还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点有:Eden、Survivor、Old 等空间。进一步划分的目的是更好地回收内存,或者更快地分配内存。

方法区

方法区属于是 JVM 运行时数据区域的一块逻辑区域,是各个线程共享的内存区域。

《Java 虚拟机规范》只是规定了有方法区这么个概念和它的作用,方法区到底要如何实现那就是虚拟机自己要考虑的事情了。也就是说,在不同的虚拟机实现上,方法区的实现是不同的。

当虚拟机要使用一个类时,它需要读取并解析 Class 文件获取相关信息,再将信息存入到方法区。方法区会存储已被虚拟机加载的 类信息、字段信息、方法信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

标签:
评论 (5)
在这里说点什么吧... (取消回复)
留下一个好听的昵称吧!
好听的昵称!
请输入正确的邮箱格式!
不错的邮箱!
评论内容不能为空!
理性发言,和谐讨论!