2万字长文包教包会 JVM 内存结构

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JVM  ≠ Japanese Video's Man

写这篇的主要原因呢,就是为了能在简历上写个“熟悉JVM底层结构”,另一个原因就是能让读我文章的大家也写上这句话,真是个助人为乐的帅小伙。。。。嗯,不单单只是面向面试学习哈,更重要的是构建自己的JVM 知识体系,Javaer 们技术栈要有广度,但是 JVM 的掌握必须有深度

直击面试

反正我是带着这些问题往下读的

  • 说一下 JVM 运行时数据区吧,都有哪些区?分别是干什么的?
  • Java 8 的内存分代改进
  • 举例栈溢出的情况?
  • 调整栈大小,就能保存不出现溢出吗?
  • 分配的栈内存越大越好吗?
  • 垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈?
  • 方法中定义的局部变量是否线程安全?


运行时数据区

内存是非常重要的系统资源,是硬盘和 CPU 的中间仓库及桥梁,承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM 内存布局规定了 Java 在运行过程中内存申请、分配、管理的策略,保证了 JVM 的高效稳定运行。不同的 JVM 对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。

下图是 JVM 整体架构,中间部分就是 Java 虚拟机定义的各种运行时数据区域。

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jvm-framework

Java 虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区,其中有一些会随着虚拟机启动而创建,随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的,这些与线程一一对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。

  • 线程私有:程序计数器、栈、本地栈
  • 线程共享:堆、堆外内存(永久代或元空间、代码缓存)

下面我们就来一一解毒下这些内存区域,先从最简单的入手

一、程序计数器

程序计数寄存器(Program Counter Register),Register 的命名源于 CPU 的寄存器,寄存器存储指令相关的线程信息,CPU 只有把数据装载到寄存器才能够运行。

这里,并非是广义上所指的物理寄存器,叫程序计数器(或PC计数器或指令计数器)会更加贴切,并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM 中的 PC 寄存器是对物理 PC 寄存器的一种抽象模拟。

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。

1.1 作用

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jvm-pc-counter

(分析:进入class文件所在目录,执行javap -v xx.class反解析(或者通过IDEA插件Jclasslib直接查看,上图),可以看到当前类对应的Code区(汇编指令)、本地变量表、异常表和代码行偏移量映射表、常量池等信息。)

1.2 概述

  • 它是一块很小的内存空间,几乎可以忽略不计。也是运行速度最快的存储区域
  • 在 JVM 规范中,每个线程都有它自己的程序计数器,是线程私有的,生命周期与线程的生命周期一致
  • 任何时间一个线程都只有一个方法在执行,也就是所谓的 当前方法。如果当前线程正在执行的是 Java 方法,程序计数器记录的是 JVM 字节码指令地址,如果是执行 natice 方法,则是未指定值(undefined)
  • 它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成
  • 字节码解释器工作时就是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
  • 它是唯一一个在 JVM 规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域

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