java虚拟机jvm内存结构初识

2022-01-15
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一、java虚拟机

虚拟机是一种抽象化的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行(自百度百科)。

二、jvm内存详细介绍

1.内存结构

在这里插入图片描述

1.JAVA堆

       java堆(JAVA HEAP)是java虚拟机所管理的内存中最大的一块,是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,这一点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。
       java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被成为“GC堆”(Garbage Collected Heap)。从内存回收角度来看java堆可分为:新生代和老生代(当然还有更细致的划分,在下一章会讲到)。从内存分配的角度看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。无论怎么划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都是对象实例,进一步的划分都是为了更好的回收内存,或者更快的分配内存。
       根据Java虚拟机规范的规定,java堆可以处于物理上不连续的内存空间中。当前主流的虚拟机都是可扩展的(通过 -Xmx 和 -Xms 控制)。如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.JAVA虚拟机栈

      java虚拟机也是线程私有的,它的生命周期和线程相同。虚拟机栈(java virtual machine stacks)描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
      咱们常说的堆内存、栈内存中,栈内存指的就是虚拟机栈。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(8个基本数据类型)、对象引用(地址指针)、returnAddress类型。
      局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。在运行期间不会改变局部变量表的大小。
      这个区域规定了两种异常状态:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,则抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,在扩展是无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

2.1 栈帧结构图

在这里插入图片描述

3.本地方法栈

      本地方法栈(NATIVE METHOD STACK)虚拟机栈所发挥作用非常相似,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。

4.方法区

      方法区(METHOD AREA)与java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它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。它有个别命叫Non-Heap(非堆)。当方法区无法满足内存分配需求时,抛出OutOfMemoryError异常。

5.直接内存

      直接内存(DIRECT MEMORY)不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分区域也被频繁使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常
      在JDK1.4中新加入的NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

6.运行时常量池

      运行时常量池(Runtime constant pool )是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

7.程序计数器

      程序计数器(Runtime Constant Pool)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
      由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都有一个独立的程序计数器,各个线程之间计数器互不影响,独立存储。称之为“线程私有”的内存。程序计数器内存区域是虚拟机中唯一没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

示例代码

package jvm.test;


/**
 * 学生类
 */
public class Student {
    
     //类信息存放在方法区

    public static String NAME = "张三"; //静态变量存放在方法区

    public void introduce() {
    
    //每个线程加载一个方法,会在虚拟机栈中压入一个栈帧,栈帧中包括:局部变量表,操作数栈,动态链路,方法出入口,
        int age = 19; //存在于虚拟机栈
        String str = "我叫" + NAME + ",几年" + age + "岁";
        System.out.println(str);
    }
}

/**
 * 测试类
 */
class JvmTest {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Student student = new Student();//new 的对象在堆中,对象引用在方法区,
        student.introduce();//代码执行,main线程,执行该方法,当前线程会在虚拟机栈中压入一个栈帧,
    }

}

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