【JVM从小白学成大佬】2.Java虚拟机运行时数据区

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这里你们先说句题外话,相信你们在面试中总爱被问到介绍Java内存模型,我在面试别人时也会总爱问或多或少什么的问题。可是 ,往往时会 令我比较尴尬,我还话音未落,面试者就会“背诵”一段(Java虚拟机时有堆、法子去、虚拟机栈,吧啦吧啦。。。),估计心里还一脸自豪的想幸好哥提前在网上搜过,早有准备。每每或多或少完后 ,我时会 忍心打断,可能“背诵”的真的太顺畅了!

这也怪不得面试者,首先Java虚拟机方面的知识,对中高级应用程序猿来说,工作中正面接触Java虚拟机的东西不用 。其次,或多或少其次咱得好好唠唠,网上搜个Java内存模型,度娘推的第一页大时会 介绍Java运行时数据区的,起到了一定的误导作用,大写的尴尬。

本篇将给各位小伙伴先完整性介绍Java运行时数据区的组成,Java内存模型也是虚拟机里边的重点,里边会单独抽出一篇来进行介绍。

1.运行时数据区介绍

应用应用程序所需的内存空间,或多或少是没办法 在编译期就能取舍,得要在运行期根据实际运行具体情况动态地在系统中创建。Java虚拟机在执行Java应用程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。那先 区域时会 个人所有 的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机应用程序的启动而占据 ,或多或少区域则依赖用户应用程序的启动和结束而建立和销毁。

如图所示,堆和法子区是所有应用程序共享的公共区域,堆和法子区所占的内存空间是由JVM负责管理的,在该区域内的内存分配是由HotSpot的内存管理模块维护的,而内存的释放工作则由垃圾收集器自动完成。虚拟机栈、本地法子栈、应用程序计数器是应用程序的私有区域,每个应用程序都关联着唯一的栈和应用程序计数器,并仅能使用属于我个人所有 的那份栈空间和应用程序计算器来执行应用程序。

2.堆(Heap)

对于大多数应用来说,Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是可供各个应用程序共享的运行时内存区域,在虚拟机启动的完后 就被创建。此内存区域的唯一目的可是 存放对象实例,几乎所有的对象实例时会 这里分配内存。或多或少点在Java虚拟机规范中的描述可是 :所有的对象实例以及数组对象时会 在堆上分配。可是 随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐性性成熟的句子的句子图片 图片 的句子的句子的句子期期期期是什么是什么 ,栈上分配、标量替换优化技术可能原应或多或少微妙的变化占据 ,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得时会 没办法 “绝对”了。

Java堆的容量可不用可不还可以 是固定的,也可不用可不还可以 随着应用程序执行的需求动态扩展,并在不时要不用 空间时自动收缩。Java堆可不用可不还可以 占据 物理上不连续的内存空间中,若果逻辑上是连续的即可。可能在堆中没办法 内存完成实例分配,可是 堆也无法再扩展时,可能抛出OutOfMemoryError异常。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,可是 或多或少完后 也被称做“GC堆”(Garbage Collected Heap)。从内存回收的淬硬层 来看,可能现在收集器基本都采用分代收集算法,Java虚拟机将堆划分为新生代和老年代。其中,新生代又被分为Eden区,以及没办法 大小相同的Survivor区(From Survivor,To Survivor)。默认具体情况下,Java虚拟机采取的是或多或少动态分配的策略(JVM参数-XX:+UsePSAdaptiveSurvivorSizePolicy),根据生成对象的强度,以及Survivor区的使用具体情况,动态调整Eden区和Survivor区的比例。也可不用可不还可以 通过参数(SurvivorRatio)来调整或多或少比例,SurvivorRatio或多或少参数可是 新生代中Eden区与Survivor区的容量比值,默认是8,代表Eden:Survivor=8:1。

不是可能有没办法 对象共用一段内存的事故?

当调用new指令时,会在Eden区划出一块作为存储对象的内存。可能堆空间是应用程序共享的,可是 直接在这里边划空间是时要进行同步的。可是 ,将有可能出先没办法 对象共用一段内存的事故。处里法子可是 ,Java堆中可能划出多个应用程序私有的分配缓冲区TLAB(Thread Local Allocation Buffer,对应的虚拟机参数-XX:+UseTLAB,默认开启)。

具体来说,每个应用程序可不用可不还可以 向Java虚拟机申请一段连续内存,比如2048字节,作为应用程序私有的TLAB。或多或少操作时要加锁,应用程序时要维护没办法 指针(实际上可能更多,但重要也就没办法 ),没办法 指向TLAB中空余内存的起始位置,没办法 则指向TLAB末尾。接下来的new指令,便可不用可不还可以 直接通过指针加法(bump the pointer),时会 人叫做指针碰撞来实现,即把指向空余内存位置的指针打上去所请求的字节数。可能加法后空余内存指针的值仍小于或等于指向末尾的指针,则代表分配成功。可是 ,TLAB可能没办法 足够的空间来满足本次新建操作。或多或少完后 ,便时要当前应用程序重新申请新的TLAB。

3.法子区(Method Area)

法子区与堆一样是应用程序共享的,在虚拟机启动的完后 创建,法子区可视为堆的没办法 逻辑次要,可是 它却有没办法 别叫华做Non-Heap(非堆),目的应该是与Java堆区分开来。

法子区这个于传统语言编译后的代码存储区域,它存储每个类的行态信息,如:

  • 常量池
  • 法子数据
  • 法子和构造函数的字节码
  • 类、实例、接口初始化时用到的特殊法子

备注:《深入理解Java虚拟机》里将法子区归纳为用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

Java虚拟机规范对法子区的限制非常宽松,除了和Java堆一样不时要连续的内存和可不用可不还可以 取舍固定大小可能可扩展外,还可不用可不还可以 取舍不实现垃圾收集。这区域的内存回收目标主可是 针对常量池的回收和对类型的卸载。

4.应用程序计数器(Program Counter Register)

Java虚拟机可不用可不还可以 支持多条应用程序并肩执行,每两根Java虚拟机应用程序时会 我个人所有 的应用程序计数器。在任意时刻,两根Java虚拟机应用程序只会执行没办法 法子的代码,或多或少正在被应用程序执行的法子称为该应用程序的当前法子(current methon)。可能或多或少法子时会 native的,那应用程序计数器保存的可是 Java虚拟机正在执行的字节码指令的地址。可能该法子是native法子,那应用程序计数器的值为空(undefined)。应用程序计数器的容量大慨应当保存没办法 returnAddress类型的数据可能没办法 与平台相关的本地指针的值。

应用程序计数器是一块较小的内存空间,它可不用可不还可以 看作是当前应用程序所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一没办法 在Java虚拟机规范中没办法 规定任何OutOfMemoryError具体情况的区域。

5.虚拟机栈(VM Stack)

每两根Java虚拟机应用程序时会 我个人所有 私有的Java虚拟机栈,它的生命周期与应用程序相同。虚拟机栈描述的是Java法子执行的内存模型:每个法子在执行的并肩时会 创建没办法 栈帧(stack frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、法子出口等信息。每没办法 法子从调用直至执行完成的过程,就对应着没办法 栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

Java虚拟机栈可能占据 如下异常具体情况:

  • 可能应用程序请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量,Java虚拟机可能抛出没办法 StackOverflowError异常。
  • 可能Java虚拟机栈可不用可不还可以 动态扩展,可是 在尝试扩展的完后 无法申请到足够的内存,可能在创建新的应用程序时没办法 足够的内存区创建对应的虚拟机栈,那Java虚拟机可能抛出没办法 OutOfMemoryError异常

6.本地法子栈(Native Method Stack)

本地法子栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常这个的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java法子(也可是 字节码)服务,而本地法子栈则为虚拟机使用到的native法子服务。

Java虚拟机规范允许本地法子栈实现成固定大小可能根据计算来动态扩展和收缩。可能采用固定大小的本地法子栈,没办法 每没办法 应用程序的本地法子栈容量可不用可不还可以 在创建栈的完后 独立选定。

与虚拟机栈一样,本地法子栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

7.扩展知识点

7.1 栈上分配和逃逸分析

在栈中分配的基本思路是没办法 的:分析局部变量的作用域仅限于法子组织组织结构,则JVM直接在栈帧内分配对象空间,处里在堆中分配。或多或少分析过程称为逃逸分析(时会 叫逸出分析),而栈帧内分配对象的法子称为栈上分配

没办法 做的目的是减少新生代的收集次数,间接提高JVM性能。虚拟机是允许堆逃逸分析开关进行配置的,从Sun Java 6u23完后 ,HotSpot默认开启逃逸分析。

7.2 栈帧

栈帧是用于支持虚拟机进行法子调用和法子执行的数据行态,它是虚拟机运行时数据区中的虚拟机栈的栈元素。栈帧存储了法子的局部变量表、操作数栈、动态连接和法子返回地址等信息每没办法 法子从调用结束至执行完成的过程,都对应着没办法 栈帧在虚拟机栈里边从入栈到出栈的过程。

在编译应用程序代码的完后 ,栈帧中时要多大的局部变量表,多深的操作数栈都可能完整性取舍了,可是 写入到法子表的Code属性之中。可是 没办法 栈帧时要分配哪几次内存,不用收到应用应用程序期变量数据的影响,而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

没办法 应用程序中的法子调用链可能会很长,或多或少法子都并肩占据 执行具体情况。对于执行引擎来说,在活动应用程序中,没办法 占据 栈顶的栈帧才是有效的,称为当前栈帧(Current Stack Frame),与或多或少栈帧相关联的法子称为当前法子(Current Method)。执行引擎运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。栈帧的概念行态如下:

8.运行时数据区脑图