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Java虚拟机运行时数据区精华总结

说明

本篇文章是自己学习JVM的运行数据区的总结.

文章目录

一,运行时数据区

Java虚拟机由三个子系统构成,分别是类加载子系统,JVM运行时数据区和执行引擎组成.一个Class文件先要经过类加载器–>运行时数据区–>执行引擎最终才会被执行.

而运行时数据区就是本篇文章所要重点讨论的.

Java虚拟机定义了在程序执行的时候所使用到的各种运行时数据区域. 其中一些数据区域是在Java虚拟机启动时创建的,仅在Java虚拟机退出时才被销毁. 其他数据区域是每个线程的,在创建线程时被每个线程所创建的数据区域,这些被每个线程所创建的数据区域,只有在线程退出的时候,才会被销毁.

如下图所示,这是一个比较经典的一幅结构图:

(1)程序计数器

Java虚拟机一次可以支持多个线程,所以这也就是我们经常提到的多线程. 每个Java虚拟机线程都有自己的程序计数器. 每个线程私有的.

在JVM中,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,在同一时刻一个处理器内核只会执行一条线程,处理器切换线程时并不会记录上一个线程执行到哪一个位置,所以为了线程切换后依然能恢复到上一次所执行到的位置,每个线程都需要各自独立的程序计数器.

提到程序计数器,你可能会想到操作系统中所学到的冯 ·诺伊曼计算机体系结构

如果你忘记了,整好可以通过下面这个资料来普及一下这个知识点:

冯 ·诺伊曼计算机体系结构的主要内容之一就是“程序预存储,计算机自动执行”!处理器要执行的程序(指令序列)都是以二进制代码序列方式预存储在计算机的存储器中,处理器将这些代码逐条地取到处理器中再译码、执行,以完成整个程序的执行。为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条取指指令的地址。程序计数器(PC )正是起到这种作用,所以通常又称之为‘指令计数器’。**CPU总是按照PC的指向对指令序列进行取指、译码和执行,也就是说,最终是PC 决定了程序运行流向。**故而,程序计数器(PC )属于特别功能寄存器范畴,不能自由地用于存储其他运算数据。

在程序开始执行前,将程序指令序列的起始地址,即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC,CPU 按照 PC的指示从内存读取第一条指令(取指)。当执行指令时,CPU自动地修改PC 的内容,即每执行一条指令PC增加一个量,这个量等于指令所含的字节数(指令字节数),使 PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改PC 的过程通常只是简单的对PC 加“指令字节数”。

(2)Java虚拟机栈

Java虚拟机栈与程序计数器一样,也是每个线程私有的. 它的生命周期也是随着现成的生命周期诞生和销毁的. 每个Java虚拟机线程都有一个私有Java虚拟机栈,与该线程同时创建. Java虚拟栈的责任: 当每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表,操作数栈,动态连接,方法出口等信息. 每一个方法被调用到执行完毕的过程,就是一个栈帧在虚拟机栈中从入栈出栈的过程.

(3)本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是差不做的. 区别: 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务(也就是执行字节码); 本地方法栈是为虚拟机使用到的本地方法服务.

Java方法:

这个不用多解释了吧,例如最常见的set和get方法,还有自定义的方法等.

本地方法(Native Method):

简单地讲,一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。 一个Native Method是这样一个java的方法:该方法的实现由非java语言实现,比如C。这个特征并非java所特有,很多其它的编程语言都有这一机制,比如在C++中,你可以用extern "C"告知C++编译器去调用一个C的函数。

(4)Java堆

Java堆(Java Heap)是被所有线程所拥有的一块内存区域,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,运行的Java应用程序所有的对象实例都是在此分配内存的;

(5)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,它用于存储已经被虚拟机加载类型信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码缓存等数据.

(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,还有一些信息是常量池表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内存将在类加载后存放到方法区运行时常量池中.

字面量:

在计算机科学中,字面量(literal)是用于表达源代码中一个固定值的表示法(natation)。几乎所有计算机编程语言都具有对基本值的字面量表示,诸如:整数、浮点数以及字符串;而有很多也对布尔类型和字符类型的值也支持字面量表示;还有一些甚至对枚举类型的元素以及像数组、记录和对象等符合类型的值也支持字面量表示法。

字面量就是比如说int a = 1; 这个1就是字面量。又比如String a = “abc”,这个abc就是字面量。

在java中,一个java类将会编译成一个class文件。在编译时,java类并不知道引用类的实际内存地址,因此只能使用符号引用来代替。比如org.simple.People类要引用org.simple.Tool类,在编译时People类并不知道Tool类的实际内存地址,因此只能使用符号org.simple.Tool(假设)来表示Tool类的地址。而在类装载器装载People类时,此时可以通过虚拟机获取Tool类 的实际内存地址,因此便可以既将符号org.simple.Tool替换为Tool类的实际内存地址,及直接引用地址。

二,总结

JVM虚拟机包含:

  • 1,程序计数器
  • 2,Java虚拟机栈
  • 3,本地方法栈
  • 4,Java堆
  • 5,方法区(6,运行时常量池;)

1,程序计数器:

在JVM中,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,在同一时刻一个处理器内核只会执行一条线程,处理器切换线程时并不会记录上一个线程执行到哪一个位置,所以为了线程切换后依然能恢复到上一次所执行到的位置,每个线程都需要各自独立的程序计数器.

2,Java虚拟机栈:

当每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表,操作数栈,动态连接,方法出口等信息. 每一个方法被调用到执行完毕的过程,就是一个栈帧在虚拟机栈中从入栈出栈的过程.

3,本地方法栈:

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是差不做的. 区别: 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务(也就是执行字节码); 本地方法栈是为虚拟机使用到的本地方法服务.

4,Java堆:

Java堆(Java Heap)是被所有线程所拥有的一块内存区域,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,运行的Java应用程序所有的对象实例都是在此分配内存的;

5,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,它用于存储已经被虚拟机加载类型信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码缓存等数据.

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,还有一些信息是常量池表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内存将在类加载后存放到方法区运行时常量池中.

参考资料:

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.1

https://www.cnblogs.com/wjt6/p/9635752.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_62714d6a0100mjgs.html

https://www.cnblogs.com/chen-jack/p/7904510.html

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