JVM如何运行,揭秘Java虚拟机运行时数据区

目录

一、概述

二、程序计数器

三、虚拟机栈

四、本地方法栈

五、本地方法接口

六、堆

(一)概述

(二)堆空间细分

七、方法区


一、概述

不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在部分差异,后续针对HotSpot虚拟机进行介绍

JVM结构图如下,此次我们学习的是Java虚拟机运行时数据区

在运行时数据区中,总的来说分为五个部分。程序计数器,本地方法栈和虚拟机栈是线程私有的方法区和堆内存是线程共享的

二、程序计数器

程序计数器是运行时数据区中唯一不会出现OOM的区域,没有垃圾回收。它是当前线程所执行的字节码的行号指示器

其作用是当一个线程发生上下文切换后,回到原本的工作能恢复到正确的位置。每个线程有一个独立的程序计数器,线程之间互不影响。

如果线程执行的Java方法,则计数器记录正在执行的虚拟机字节码的指令的地址

如果正在执行的本地方法,这个计数器值则应为空。(undefined)

三、虚拟机栈

Java虚拟机栈,早期也叫Java栈,每个线程创建时都会创建一个虚拟机栈,内部保存一个个栈帧,对应着一次次的Java方法调用

  1. 每个线程都有自己的栈,栈中的数据以栈帧格式存储
  2. 线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧
  3. 栈帧是一个内存区块,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各个数据信息
  4. 先进后出,后进先出
  5. 一条活动的线程中,一个时间点上,只会有一个活动的栈帧。只有当前正在执行的方法的栈顶栈帧是有效的,这个称为当前栈帧,对应方法是当前方法,对应类是当前类
  6. 执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作
  7. 如果方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在顶端,成为新的当前帧

由于篇幅太多,单独写了一篇博文,链接如下:

JVM运行时数据区-虚拟机栈-CSDN博客文章浏览阅读2k次,点赞62次,收藏58次。学习JVM运行时数据区中的虚拟机栈,栈只要是用来存放栈帧,而栈帧又包括局部变量表,操作数栈,动态链接,方法返回地址等信息。https://blog.csdn.net/m0_62946761/article/details/133854569?spm=1001.2014.3001.5502

四、本地方法栈

Java虚拟机栈管理Java方法的调用,而本地方法栈用于管理本地方法(native方法)的调用

本地方法栈,也是线程私有的。它允许被实现成固定或者是可动态扩展的内存大小。其内存溢出情况和Java虚拟机栈相同

具体做法是 在本地方法栈 中登记native方法,在执行引擎执行时加载到本地方法库

当某个线程调用一个本地方法时,就会进入一个全新,不受虚拟机限制的世界,它和虚拟机拥有同样的权限。

并不是所有的JVM都支持本地方法,因为Java虚拟机规范并没有明确要求本地方法栈的使用语言,具体实现方式,数据结构等。在Hotspot JVM中,直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

五、本地方法接口

什么是本地方法?

简单讲,就是一个Java调用非Java代码的接口

为什么使用native method?

早期Java刚出现的时候弱小孤独又无助,而当时盛行的是c/c++,因此一个原因是java也想搞一些方法来和他们有接触,另一个是当时c/c++确实快,可以提高Java效率。综上,与Java环境外交互

  • 例如与操作系统底层或硬件交换信息时的情况
  • 例如启动一个线程

六、堆

(一)概述

1、一个JVM实例只存在一个堆内存,堆也是Java内存管理的核心区域

2、Java堆区在JVM启动的时候即被创建,其空间大小也就确认了。堆内存的大小是可调节的(可以通过参数调节堆的最大内存和初始内存等)

3、Java虚拟机规范规定,堆可以处于物理上不连续的内存空间中,但在逻辑上它应该被视为连续的(这里涉及虚拟内存的概念)。

4、所有的线程共享Java堆,在这里还可以划分线程私有的缓冲区(TLAB)

5、“几乎”所有的对象实例都在堆上分配内存(为什么是“几乎”,后面会讲到逃逸分析)

6、数组和对象可能永远不会存储在栈上,因为栈帧中保存引用,引用指向对象或者数组在堆中的位置(为什么是“可能”,逃逸分析可能直接在栈上为对象分配空间,而不用在堆上开辟空间了)

7、方法结束后,堆中的对象不会马上被移除,仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。堆是GC执行垃圾回收的重点区域

(二)堆空间细分

Java7及之前内存逻辑上分为:

  • 新生区
    • Eden区
    • Survivor区
      • from
      • to
        • 谁空谁是to
  • 养老区
  • 永久区

Java8及之后内存逻辑上分为:

  • 新生区
    • Eden区
    • Survivor区
      • from
      • to
        • 谁空谁是to
  • 养老区
  • 元空间

不同书籍叫法不一样,看到这些名词知道是同个意思就可以了

  • 新生区==新生代==年轻代
  • 养老区==老年区==老年代
  • 永久区==永久代

由于篇幅太多,单独写了一篇博文,链接如下:

JVM运行时数据区-堆-CSDN博客文章浏览阅读1.1k次,点赞71次,收藏66次。学习Java运行时数据区中的堆内存,包括堆空间分代思想,内存分配策略,以及逃逸分析等。https://blog.csdn.net/m0_62946761/article/details/133881117?spm=1001.2014.3001.5502

七、方法区

方法区是线程共享的,其只是一种规范,在jdk1.7之前为永久代。jdk1.8之后去除永久代,改为元空间。

1、Java虚拟机规范中明确说明:尽管所有的方法区在逻辑上是属于堆的一部分,但是一些简单的实现,可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩。对于HotSpot而言,方法区还有一个别名叫Non-Heap(非堆),目的就是要和堆分开。所以方法区看作是一块独立于Java堆的内存空间

2、方法区和Java堆一样,是各个线程共享的内存区域

3、方法区在JVM启动的时候被创建,并且它的实际的物理内存空间和Java堆区一样,都是可以不连续的。方法区的大小和堆空间一样,可以选择固定大小或者可扩展

4、方法区的大小决定了系统可以保存多少个类,如果定义太多类,加载大量的第三方的Jar包,Tomcat部署过多工程,导致方法区溢出,虚拟机同样会抛出内存溢出OOM:PermGen space或者Metaspace 

5、关闭JVM就会释放这个区域的内存

由于篇幅太多,单独写了一篇博文,链接如下:

探究Java虚拟机运行时数据区,了解方法区的奥秘-CSDN博客文章浏览阅读574次,点赞66次,收藏58次。介绍JVM运行时数据区中方法区的在hotspot中的演进和内部结构https://blog.csdn.net/m0_62946761/article/details/133901736?spm=1001.2014.3001.5502

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