二．GC相关之Java内存模型

Posted 2020-09-29

根据上节描述的问题，我们知道其最终原因是GC导致的。本节我们就先详细探讨下与GC息息相关的Java内存模型。

 

名词解释：变量，理解为java的基本类型。对象，理解为java new出来的实例。

 

Java程序运行在JRE（Java Runtime Environment）中，JRE包括JAVA API和JVM（Java Virtual Machine）。

 

Java原文件编译后得到Java Byte Code(.class)文件，JRE通过classloader将Java byte code文件加载到JVM的run-time data area.

 

JVM的run-time data area 包含The pc Register, Java Virtual Machine Stacks, Heap, Method Area, Run-Time Constant Pool, Native Method Stacks.

 

The pc Register:每个线程都有自己的Register。主要记录每个时间点线程正在执行的方法名称，指令地址，returnAddress，当前指针等。如果当前执行的是java native method(也就是java最底层的方法)时，那么当前线程的the pc Register 的值是undefined。

 

Native Method Stacks:这块stack用来执行不是java语言写的方法（也就是native method）。

 

Heap:这块空间被JVM所有的线程共享。从这也就看出java内部的线程通信是通过共享内存完成的。这里存储了所有的实例对象和数组。GC对对象的回收与空间的压缩也就发生在这个空间。

 

Java Virtual Machine Stacks:创建线程时，JVM就为此线程分配了stack。主要存储线程自己的变量，部分结果，对共享内存的引用等。这块空间由heap分配。

 

Method Area:这块空间由heap分配。也是被所有JVM的所有线程共享，主要存储着run-time constant pool ,方法的代码。这块空间一般不会被GC.

 

Run-Time Constant Pool:这块空间由Method Area分配，主要存储着常量，变量的引用。

 

总结：1.JVM Run-time data Area 的关系图：

      

举例说明内存的使用：当启动一个类的main函数时（其实就是启动了一个进程），jvm的run-time data area就分配好了。the pc register记录此main函数的名字，main函数里的指令地址等；这个类的全局变量存到了Run-Time Constant Pool；类的构造函数，方法体，方法体内的变量存储到了Method Area; Jvm stack 存储了此线程（main函数体）的本地变量,对象的引用，返回结果，异常分发等；main函数体内的实例存储到heap。

 

程序执行过程：线程按照the pc register记录的指令执行（为了更快执行，这些指令会重排序，有CPU的重排序及内存系统的重排序（java 的happen-before），这里假想为顺序执行），此线程可以直接读取当前jvm stack的本地变量，读取Runtime constant pool中的全局变量，通过对象的引用调用heap中的实例，invoke Method Area中的method。或者invoke Native Method Area 中的method.可抽象理解为，线程通过Heap读/写当前线程的数据和结果。