专栏首页沁溪源深入理解JVM的内存区域划分

深入理解JVM的内存区域划分

一、首先我们先熟悉一下JVM

1. 什么是JVM?

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是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虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。 JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使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。JVM在执行字节码时,实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在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。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译,到处运行”的原因。

2. JRE/JDK/JVM是什么关系?

JRE(JavaRuntimeEnvironment,Java运行环境),也就是Java平台。所有的Java 程序都要在JRE下才能运行。普通用户只需要运行已开发好的java程序,安装JRE即可。

JDK(Java Development Kit)是程序开发者用来来编译、调试java程序用的开发工具包。JDK的工具也是Java程序,也需要JRE才能运行。为了保持JDK的独立性和完整性,在JDK的安装过程中,JRE也是 安装的一部分。所以,在JDK的安装目录下有一个名为jre的目录,用于存放JRE文件。

JVM(JavaVirtualMachine,Java虚拟机)是JRE的一部分。它是一个虚构出来的计算机,是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。JVM有自己完善的硬件架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行。使用JVM就是为了支持与操作系统无关,实现跨平台。

二、java程序的基本执行原理:

1.执行原理说明:首先java源代码文件(.java后缀)会被java编译器编译为字节码文件(.class文件),然后由JVM中类加载器(Class Loader)加载各个类的.class文件,加载完成之后,交给执行引擎执行。在整个执行过程中,

JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息,这段空间一般被称为运行时数据区(Runtime Data Area),也就是我们常说的JVM内存。因此,在java中我们常说内存管理就是针对这段空间的管理。

2.原理图:

二、了解了java程序的执行原理,下面我们就要针对于运行时数据区进行深入理解;

运行时数据区就是我们平常所说的JVM内存,首先我们先了解一下JVM内存区域的划分:

1.内存区域:可以划分为线程共享和非线程共享,一般垃圾回收机制gc方法发生在线程共享的区域(大部分发生在Heap上)的原因。

1.Method Area(Non-heap)(方法区)-----线程共享 2.Heap(堆)----线程共享 3.Program counter register(程序计数器)----非线程共享 4.VM Stack (虚拟机栈) ----非线程共享

5.Nativa Method Stack (本地方法栈)----非线程共享

2.jvm的运行区域

3.为什么分为线程共享和非线程共享的呢???

我们明白了java程序的执行原理,我们再谈jvm;

JVM初始运行的时候都会分配好Method Area(方法区)Heap(堆),而JVM 每遇到一个线程,就为其分配一个Program Counter Register(程序计数器), VM Stack(虚拟机栈)和Native Method Stack (本地方法栈),当线程终止时,三者(虚拟机栈,本地方法栈和程序计数器)所占用的内存空间也会被释放掉。这也是为什么把内存区域分为线程共享和非线程共享的原因,非线程共享的那三个区域的生命周期与所属线程相同,而线程共享的区域与JAVA程序运行的生命周期相同,所以这也是系统垃圾回收的场所只发生在线程共享的区域(实际上对大部分虚拟机来说知发生在Heap上)的原因。

1.虚拟机栈:

Java栈也称作虚拟机栈(Java Vitual Machine Stack),也就是我们常常所说的栈,跟C语言的数据段中的栈类似。事实上,Java栈是Java方法执行的内存模型。为什么这么说呢?下面就来解释一下其中的原因。

Java栈中存放的是一个个的栈帧,每个栈帧对应一个被调用的方法,在栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向当前方法所属的类的运行时常量池(运行时常量池的概念在方法区部分会谈到)的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些额外的附加信息。当线程执行一个方法时,就会随之创建一个对应的栈帧,并将建立的栈帧压栈。当方法执行完毕之后,便会将栈帧出栈。因此可知,线程当前执行的方法所对应的栈帧必定位于Java栈的顶部。讲到这里,大家就应该会明白为什么 在 使用 递归方法的时候容易导致栈内存溢出的现象了以及为什么栈区的空间不用程序员去管理了(当然在Java中,程序员基本不用关系到内存分配和释放的事情,因为Java有自己的垃圾回收机制),这部分空间的分配和释放都是由系统自动实施的。对于所有的程序设计语言来说,栈这部分空间对程序员来说是不透明的。下图表示了一个Java栈的模型:

局部变量表,顾名思义,想必不用解释大家应该明白它的作用了吧。就是用来存储方法中的局部变量(包括在方法中声明的非静态变量以及函数形参)。对于基本数据类型的变量,则直接存储它的值,对于引用类型的变量,则存的是指向对象的引用。局部变量表的大小在编译器就可以确定其大小了,因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。

  操作数栈,想必学过数据结构中的栈的朋友想必对表达式求值问题不会陌生,栈最典型的一个应用就是用来对表达式求值。想想一个线程执行方法的过程中,实际上就是不断执行语句的过程,而归根到底就是进行计算的过程。因此可以这么说,程序中的所有计算过程都是在借助于操作数栈来完成的。

  指向运行时常量池的引用,因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量,所以必须要有一个引用指向运行时常量。

  方法返回地址,当一个方法执行完毕之后,要返回之前调用它的地方,因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

  由于每个线程正在执行的方法可能不同,因此每个线程都会有一个自己的Java栈,互不干扰。

2.堆

  在C语言中,堆这部分空间是唯一一个程序员可以管理的内存区域。程序员可以通过malloc函数和free函数在堆上申请和释放空间。那么在Java中是怎么样的呢?

  Java中的堆是用来存储对象本身的以及数组(当然,数组引用是存放在Java栈中的)。只不过和C语言中的不同,在Java中,程序员基本不用去关心空间释放的问题,Java的垃圾回收机制会自动进行处理。因此这部分空间也是Java垃圾收集器管理的主要区域。另外,堆是被所有线程共享的,在JVM中只有一个堆。

3.方法区

  方法区在JVM中也是一个非常重要的区域,它与堆一样,是被线程共享的区域。在方法区中,存储了每个类的信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。

  在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。

 在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池,它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式,在类和接口被加载到JVM后,对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池,在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中,比如String的intern方法。

在JVM规范中,没有强制要求方法区必须实现垃圾回收。很多人习惯将方法区称为“永久代”,是因为HotSpot虚拟机以永久代来实现方法区,从而JVM的垃圾收集器可以像管理堆区一样管理这部分区域,从而不需要专门为这部分设计垃圾回收机制。不过自从JDK7之后,Hotspot虚拟机便将运行时常量池从永久代移除了。

4.程序计数器

程序计数器(Program Counter Register),也有称作为PC寄存器。想必学过汇编语言的朋友对程序计数器这个概念并不陌生,在汇编语言中,程序计数器是指CPU中的寄存器,它保存的是程序当前执行的指令的地址(也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址),当CPU需要执行指令时,需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址,然后根据得到的地址获取到指令,在得到指令之后,程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址,如此循环,直至执行完所有的指令。

虽然JVM中的程序计数器并不像汇编语言中的程序计数器一样是物理概念上的CPU寄存器,但是JVM中的程序计数器的功能跟汇编语言中的程序计数器的功能在逻辑上是等同的,也就是说是用来指示 执行哪条指令的。

由于在JVM中,多线程是通过线程轮流切换来获得CPU执行时间的,因此,在任一具体时刻,一个CPU的内核只会执行一条线程中的指令,因此,为了能够使得每个线程都在线程切换后能够恢复在切换之前的程序执行位置,每个线程都需要有自己独立的程序计数器,并且不能互相被干扰,否则就会影响到程序的正常执行次序。因此,可以这么说,程序计数器是每个线程所私有的。

在JVM规范中规定,如果线程执行的是非native方法,则程序计数器中保存的是当前需要执行的指令的地址;如果线程执行的是native方法,则程序计数器中的值是undefined。

由于程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变,因此,对于程序计数器是不会发生内存溢出现象(OutOfMemory)的。

5.本地方法栈

本地方法栈与Java栈的作用和原理非常相似。区别只不过是Java栈是为执行Java方法服务的,而本地方法栈则是为执行本地方法(Native Method)服务的。在JVM规范中,并没有对本地方发展的具体实现方法以及数据结构作强制规定,虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一。

以上为个人查看资料总结,如有不正之处希望谅解并欢迎指正。

参考资料:

http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17565503

http://www.cnblogs.com/sunada2005/p/3577799.html

《深入理解Java虚拟机》

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • java系列之注解

    我们在实际项目开发中使用注解的目的:为了追求低耦合,降低后期的维护成本。平时自己在实际项目也会经常用到注解,所以想着自己总结一下注解的知识点,毕竟...

    沁溪源
  • Mybatis源码笔记之浅析StatementHandler

    首先了解一下statementHandler职责:主要负责处理MyBatis与JDBC之间Statement的交互,通俗而言就是负责操作Statement对象与...

    沁溪源
  • 图解centos安装详细过程

    选择CD/DVD—>选择使用ISO映像文件,最后选择浏览找到下载好的镜像文件。启动时连接一定要勾选上;

    沁溪源
  • Java虚拟机原理(一)

    Java虚拟机模型是Java程序运行的基础。为了能使程序正常运行,JVM将内存数据分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java堆和方法区等部分,如下图所示。

    张申傲
  • Java静态方法和实例方法 java中的数组作为形参传入

    启动一个Java程序的时候,会诞生一个虚拟机实例,当程序关闭退出时,该实例会消失。

    mySoul
  • Java虚拟机体系结构

    一个运行时的Java虚拟机实例的天职是:负责运行一个java程序。当启动一个Java程序时,一个虚拟机实例也就诞生了。当该程序关闭退出,这个虚拟机实例也就随之消...

    Java后端工程师
  • Java虚拟机基础——2JVM运行时数据区

    本篇文章主要讲解JVM运行时数据区,所以我们按照线程是否私有的维度将本篇文章一分为二,分为线程私有数据区和所有线程共有的数据区。而在线程私有的数据区又可以分为程...

    隔壁老李头
  • JVM 运行时数据区详解

      Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同数据区域。

    阿豪聊干货
  • JVM系列(一):Java虚拟机内存模型

    Java虚拟机,简称JVM(Java Virtual Machine),是Java语言中最为核心的一个东西,Java程序运行离不开它,因为它的存在,使得Java...

    xcbeyond
  • JVM 运行时的内存分配

      首先我们必须要知道的是 Java 是跨平台的。而它之所以跨平台就是因为 JVM 不是跨平台的。JVM 建立了 Java 程序和操作系统之间的桥梁,JVM 是...

    IT可乐

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券