深入理解JVM

Posted 2021-02-11 battlecry

深入理解JVM

原文链接：https://www.cnblogs.com/dingyingsi/p/3760447.html

整理：CCSoft

 

虚拟机内存模型中定义的访问操作如下图所示：

图1. JVM虚拟机定义的访问操作

java中通过多线程机制使得多个任务同时执行处理，所有的线程共享JVM内存区域 主存（Main memory），而每个线程都有自己独立的工作内存，当线程与内存区域进行交互时，数据从主存拷贝到工作内存，进而由线程处理（操作码+操作数）。

JVM逻辑内存模型如下：

图2.JVM逻辑内存模型

接下来介绍每个的用途 ：

1.程序计数器

　　当前线程所执行的字节码的行号指示器。通过改变计数器的值选取下一条指令。

　　分之，循环，跳转，异常处理，线程回复都依赖程序计数器完成。

　　多线程轮流切换分配处理器执行时间，在一个确定的时间，一个处理器（多核处理器的一个内核）只会执行一个线程的一条指令。

　　为了线程切换后能够恢复到正常的位置，每个线程都有独立的程序计数器，各条线程计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

　　Java虚拟机规范：此内存区域是唯一一个没有规定任何OutofMemory情况的区域。

 

2.Java栈

 　　与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Vitual Machine Stacks）也是线程私有的，生命周期与线程相同。

　　该虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的时候都会创建一个栈针（Stack Frame）用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。

　　每一个方法被调用至执行完成的过程，就对应着一个栈针在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

　　经常有把Java内存区域划分为堆内存Heap和栈内存Stack，这种说法是很粗糙的，实际上远比这复杂。不过上述划分说明了很多程序员关注这两块区域。其中栈内存Stack就是Java虚拟机栈。

　　

　　局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型，对象引用类型，returnAddress类型。

　　基本数据类型：boolean,byte,char,short,int ,float,long,double。其中long,double是占两个字节，其余都是占一个字节。

　　对象引用类型：对象的起始地址指针。

　　returnAddress类型：字节码指令地址。

 

　　在编译期时，局部变量表就已经确定了大小。

　　在方法运行期间，局部变量表的大小不能改变。

　　

　　异常：

　　　　StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度。

　　　　OutofMemoryError：虚拟机动态扩展无法申请到足够的内存。

3.本地方法栈

 　　本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的。区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈是虚拟机使用到的Native方法服务。

　　在虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言，使用的方式和数据结构没有强制的规定。

　　具体的虚拟机可以自由的实现。

　　在HotSpot虚拟机中，将Java虚拟机栈 和 本地方法栈 合并成了一个。

　　异常：

　　　　StackOverflowError

　　　　OutofMemoryError

 

　　扩展：Native方法

　　参考链接：https://blog.csdn.net/qiaoguaping9272/article/details/81805920

　　譬如：java.lang.Thread setPriority()方法是java实现的，该实现是调用类本地方法setPriority0()。这个方法是C语言实现的，是windows32 SetPriority() API。

4.Java堆

　　Java堆是Java虚拟机管理内存中最大的一块区域。

　　Java堆是被所有的线程共享的内存区域。在虚拟机启动的时候创建。用来存放所有对象的实例。

　　Java虚拟机规范描述：所有对象实例以及数组都要再Java堆上分配。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。因此被称为GC堆（Garbage collected Heap）.

　　根据Java虚拟机中的规定，Java堆可以处于物理上的不连续的内存空间中，但是逻辑连续即可。

　　

　　异常：

　　　　OutofMemoryError：Java堆是可以扩展的，如果在堆中没有内存完成实例分配，或者堆中无法扩展的时候会抛出该异常。

5.方法区（Method Area）

 　　方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量、编译后的代码。

　　Java虚拟机规范中把方法区描述为堆中的一个部分，但是方法区的别名为Non-Heap（非堆），目的是为了和堆区分。

　　在HotSpot虚拟机中GC扩展了垃圾回收的区域，不仅有堆还有方法区。

　　Java虚拟机对方法区的限制很宽松，除了和堆一样不需要连续的空间和可选固定或者可扩展以外，还可以选择不实现垃圾回收。

　　该区域GC：主要针对常量池的回收（见5.1）和对类型的卸载。

　　这部分区域回首效率低，但是很有必要。在Sun公司的BUG列表中，HotSpot（低版本）未对该区域完全回收导致了非常严重的BUG。

 

　　异常

　　　　OutofMemoryError：当虚拟机方法区无法满足内存分配需求时，抛出该异常。

5.1运行时常量池（Runtime Constant Pool）

 　　为啥标注是5.1 因为运行时常量池是方法区的一部分，用来存放编译器生成的各种字面量 和 符号引用。

　　对于运行时常量池，java虚拟机没有任何细节的要求，除了保存Class文件中的符号引用外，还会把编译出来的直接引用也存储到运行时的常量池中。

 

　　在Java语言中，常量可以在编译时期产生（预置在Class文件中放入常量池）。也可以在运行期间将新的常量放入常量池中。String类的intern()方法。

 

　　异常：

　　　　OutofMemoryError，运行时常量池属于方法区的一部分，会受到该方法区内存大小的限制，常量池无法申请到内存时报该异常。