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《深入理解java虛擬機》學(xué)習(xí)筆記系列——java內(nèi)存區(qū)域劃分

史占廣 / 1588人閱讀

摘要:運行時數(shù)據(jù)區(qū)域的學(xué)習(xí),是學(xué)習(xí)以及機制的基礎(chǔ),也是深入理解對象創(chuàng)建及運行過程的前提。了解內(nèi)存區(qū)域劃分,是學(xué)習(xí)概念的前提。

Java 運行時數(shù)據(jù)區(qū)域的學(xué)習(xí),是學(xué)習(xí) jvm 以及 GC 機制的基礎(chǔ),也是深入理解 java 對象創(chuàng)建及運行過程的前提。
廢話不多說,直接進入正題:

一張圖總結(jié)

詳細介紹 程序計數(shù)器 概念

程序計數(shù)器是一個比較小的內(nèi)存區(qū)域,用于指示當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行到了第幾行,可以理解為是當(dāng)前線程的行號指示器。字節(jié)碼解釋器在工作時,會通過改變這個計數(shù)器的值來取下一條語句指令。

作用

由于 Java 虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的,在任何一個確定的時刻,一個處理器(嚴謹點,多核處理器時指其中一個內(nèi)核),只會執(zhí)行一條線程的指令。

因此,為了實現(xiàn)線程切換后回復(fù)到正確的執(zhí)行位置,各個線程私有的程序計數(shù)器時必不可少的。

注: 如果程序執(zhí)行的是一個Java方法,則計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址;如果正在執(zhí)行的是一個本地(native,由C語言編寫完成)方法,則計數(shù)器的值為Undefined

另: 由于程序計數(shù)器只是記錄當(dāng)前指令地址,所以不存在內(nèi)存溢出的情況,因此,程序計數(shù)器也是所有JVM內(nèi)存區(qū)域中唯一一個沒有定義OutOfMemoryError的區(qū)域。

Java 虛擬機棧 概念

一個線程的每個方法在執(zhí)行的同時,都會創(chuàng)建一個棧幀(Statck Frame),棧幀中存儲的有局部變量表、操作站、動態(tài)鏈接、方法出口等,當(dāng)方法被調(diào)用時,棧幀在JVM棧中入棧,當(dāng)方法執(zhí)行完成時,棧幀出棧。

作用

局部變量表中存儲著方法的相關(guān)局部變量,包括各種基本數(shù)據(jù)類型,對象的引用,返回地址等。在局部變量表中,只有l(wèi)ong和double類型會占用2個局部變量空間(Slot,對于32位機器,一個Slot就是32個bit),其它都是1個Slot。

需要注意的是,局部變量表是在編譯時就已經(jīng)確定好的,方法運行所需要分配的空間在棧幀中是完全確定的,在方法的生命周期內(nèi)都不會改變

注: 每個線程對應(yīng)著一個虛擬機棧,因此虛擬機棧也是線程私有的。

另: 虛擬機棧中定義了兩種異常,如果線程調(diào)用的棧深度大于虛擬機允許的最大深度,則拋出StatckOverFlowError(棧溢出);不過多數(shù)Java虛擬機都允許動態(tài)擴展虛擬機棧的大小(有少部分是固定長度的),所以線程可以一直申請棧,直到內(nèi)存不足,此時,會拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存溢出)。

本地方法棧

本地方法棧在作用,運行機制,異常類型等方面都與虛擬機棧相同,唯一的區(qū)別是:虛擬機棧是執(zhí)行Java方法的,而本地方法棧是用來執(zhí)行native方法的,在很多虛擬機中(如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機),會將本地方法棧與虛擬機棧放在一起使用。

本地方法棧也是線程私有的。

Java 堆 概念

JVM用來存儲對象實例以及數(shù)組值的區(qū)域,可以認為Java中所有通過new創(chuàng)建的對象的內(nèi)存都在此分配,Heap中的對象的內(nèi)存需要等待GC進行回收(不過現(xiàn)代技術(shù)里,也不是這么絕對的,也有棧上直接分配的)。

補充介紹

(1)堆是JVM中所有線程共享的,因此在其上進行對象內(nèi)存的分配均需要進行加鎖,這也導(dǎo)致了new對象的開銷是比較大的

(2)Sun Hotspot JVM為了提升對象內(nèi)存分配的效率,對于所創(chuàng)建的線程都會分配一塊獨立的空間TLAB(Thread Local Allocation Buffer),其大小由JVM根據(jù)運行的情況計算而得,在TLAB上分配對象時不需要加鎖,因此JVM在給線程的對象分配內(nèi)存時會盡量的在TLAB上分配,在這種情況下JVM中分配對象內(nèi)存的性能和C基本是一樣高效的,但如果對象過大的話則仍然是直接使用堆空間分配

(3)TLAB僅作用于新生代的Eden Space,因此在編寫Java程序時,通常多個小的對象比大的對象分配起來更加高效。

關(guān)于堆區(qū)的內(nèi)容還有很多,在后續(xù)的垃圾回收算法中還有更多的介紹。

方法區(qū) 概念

方法區(qū)是各個線程共享的區(qū)域,用于存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類信息(即加載類時需要加載的信息,包括版本、field、方法、接口等信息)、final常量、靜態(tài)變量、編譯器即時編譯的代碼等。

補充介紹

方法區(qū)在物理上也不需要是連續(xù)的,可以選擇固定大小或可擴展大小,并且方法區(qū)比堆還多了一個限制:可以選擇是否執(zhí)行垃圾收集。一般的,方法區(qū)上執(zhí)行的垃圾收集是很少的,這也是方法區(qū)被稱為永久代的原因之一(HotSpot),但這也不代表著在方法區(qū)上完全沒有垃圾收集,其上的垃圾收集主要是針對常量池的內(nèi)存回收和對已加載類的卸載。

在方法區(qū)上定義了OutOfMemoryError:PermGen space異常,在內(nèi)存不足時拋出。

運行時常量池 概念

方法區(qū)的一部分,用于存儲編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用(符號引用就是編碼是用字符串表示某個變量、接口的位置,直接引用就是根據(jù)符號引用翻譯出來的地址,將在類鏈接階段完成翻譯);運行時常量池除了存儲編譯期常量外,也可以存儲在運行時間產(chǎn)生的常量(比如String類的intern()方法,作用是String維護了一個常量池,如果調(diào)用的字符“abc”已經(jīng)在常量池中,則返回池中的字符串地址,否則,新建一個常量加入池中,并返回地址)

總結(jié)

本系列文章將從4個方面介紹Java GC機制,1,內(nèi)存是如何分配的;2,如何保證內(nèi)存不被錯誤回收(即:哪些內(nèi)存需要回收);3,在什么情況下執(zhí)行GC以及執(zhí)行GC的方式;4,如何監(jiān)控和優(yōu)化GC機制。

了解 Java 內(nèi)存區(qū)域劃分,是學(xué)習(xí) GC 概念的前提。解鈴還需系鈴人,相信完整學(xué)習(xí)完了底層的垃圾回收機制,讀者也將對 java 世界中對象創(chuàng)建與運行的原理有個清晰的認識吧:-)

參考文檔

《深入理解Java虛擬機:JVM高級特效與最佳實現(xiàn)》,第2-3章——周志明著

Java系列筆記 - Java 內(nèi)存區(qū)域和GC機制——明舞

深入理解JVM結(jié)構(gòu)——java團長

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