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大数据开发:看了都说好的JVM分析

一.什么是JVM

JVM它是Java Virtual Machine 的缩写,主要是通过在实际计算机模仿各种计算机功能来实现的,组成部分包括堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计算器等部分组成的,其中方法回收堆和方法区是共享区,也就是谁都可以使用,而栈和程序计算器、本地方法栈区是归JVM的。Java能够被称为“一次编译,到处运行”的原因就是Java屏蔽了很多的操作系统平台相关信息,使得Java只需要生成在JVM虚拟机运行的目标代码也就是所说的字节码,就可以在多种平台运行。

 二.关于JVM的总体概述

JVM总体上是由类装载子系统(ClassLoader)、运行时数据区、执行引擎、垃圾收集这四个部分组成。其中我们最为关注的运行时数据区,也就是JVM的内存部分则是由方法区(Method Area)、JAVA堆(Java Heap)、虚拟机栈(JVM Stack)、程序计数器、本地方法栈(Native Method Stack)这几部分组成。

三.关于JVM的体系结构

1 .类装载子系统

Class Loader类加载器负责加载.class文件,class文件在文件开头有特定的文件标示,并且ClassLoader负责class文件的加载等,至于它是否可以运行,则由Execution Engine决定。

2. 运行时数据区

栈管运行,堆管存储。JVM调优主要是优化Java堆和方法区。

3. 方法区(Method Area)

方法区是各线程共享的内存区域,它用于存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、运行时常量池等数据。

4. Java堆(Java Heap)

Java堆是各线程共享的内存区域,在JVM启动时创建,这块区域是JVM中最大的, 用于存储应用的对象和数组,也是GC主要的回收区,一个 JVM 实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,以方便执行器执行,堆内存分为三部分:新生代、老年代、永久代。

说明:

Jdk1.6及之前:常量池分配在永久代 。

Jdk1.7:有,但已经逐步“去永久代” 。

Jdk1.8及之后:无永久代,改用元空间代替(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,这种错误将不会出现在JDK1.8中)。

四.关于JVM内存空间

JVM内存空间包含:方法区、java堆、java栈、本地方法栈。

方法区是各个线程共享的区域,存放类信息、常量、静态变量。

java堆也是线程共享的区域,我们的类的实例就放在这个区域,可以想象你的一个系统会产生很多实例,因此java堆的空间也是最大的。如果java堆空间不足了,程序会抛出OutOfMemoryError异常。

java栈是每个线程私有的区域,它的生命周期与线程相同,一个线程对应一个java栈,每执行一个方法就会往栈中压入一个元素,这个元素叫“栈帧”,而栈帧中包括了方法中的局部变量、用于存放中间状态值的操作栈,这里面有很多细节,我们以后再讲。如果java栈空间不足了,程序会抛出StackOverflowError异常,想一想什么情况下会容易产生这个错误,对,递归,递归如果深度很深,就会执行大量的方法,方法越多java栈的占用空间越大。

本地方法栈角色和java栈类似,只不过它是用来表示执行本地方法的,本地方法栈存放的方法调用本地方法接口,最终调用本地方法库,实现与操作系统、硬件交互的目的。

PC寄存器,说到这里我们的类已经加载了,实例对象、方法、静态变量都去了自己改去的地方,那么问题来了,程序该怎么执行,哪个方法先执行,哪个方法后执行,这些指令执行的顺序就是PC寄存器在管,它的作用就是控制程序指令的执行顺序。

执行引擎当然就是根据PC寄存器调配的指令顺序,依次执行程序指令。

五.关于JVM的基本特性

基于栈(Stack-based)的虚拟机: 不同于Intel x86和ARM等比较流行的计算机处理器都是基于寄存器(register)架构,JVM是基于栈执行的。

符号引用(Symbolic reference): 除基本类型外的所有Java类型(类和接口)都是通过符号引用取得关联的,而非显式的基于内存地址的引用。

垃圾回收机制: 类的实例通过用户代码进行显式创建,但却通过垃圾回收机制自动销毁。

通过明确清晰基本类型确保平台无关性: 像C/C++等传统编程语言对于int类型数据在同平台上会有不同的字节长度。JVM却通过明确的定义基本类型的字节长度来维持代码的平台兼容性,从而做到平台无关。

网络字节序(Network byte order): Java class文件的二进制表示使用的是基于网络的字节序(network byte order)。为了在使用小端(little endian)的Intel x86平台和在使用了大端(big endian)的RISC系列平台之间保持平台无关,必须要定义一个固定的字节序。JVM选择了网络传输协议中使用的网络字节序,即基于大端(big endian)的字节序。

六.JVM的实现原理

1,类装载器(ClassLoader)主要负责加载class文件,是否能执行主要取决于execution engine它是负责执行被加载类中包含的指令。有两种类加载器分别为启动类加载器和用户自定义类加载器,然而启动类加载器是JVM实现的一部分,用户自定义类加载器是Java程序一部分。

2,本地方法栈(native method stack)主要作用是登记native方法,然后在execution engine执行的时候加载本地方法库。

3,栈有时我们又叫栈内存,负责Java程序的运行,它是在线程创建时创建的,所以生命周期也是和线程生命周期一致,同时消亡,线程结束了栈也就释放,特别提醒的是栈不存在垃圾回收的问题,因为线程结束栈就是释放了。平时我们写的类变量、引用类型变量、实例方法等等都是在函数的栈内存分配好。

4,程序计数器,是指方法区中的方法字节码由引擎读取下一条指令,它是一个非常小的内存空间。为什么有这种东西呢,大家都知道每个线程都是有一个程序计数器的,是线程私有的,相当一个指针。

5,方法区它是指线程共享的,谁都可以共享使用,我们通常用来保存装载类的元结构信息。

6,堆(heap)它是Java虚拟机用来存储对象实例的,比我们在开发过程使用的new对象,只要通过new创建的对象的内存的对象都在堆分配,注意一点的是堆中的对象内存需要等待垃圾器(GC)进行回收,也是Java虚拟机共享区。

7,本地接口(native interface)作用是融合不同的编程语言为Java所用,注意底层是C、C++写的,学习JVM时了解C语言一些更好,最起码能看懂,这个方法的行为就是native method stack中登记native方法,然后在execution engine执行时加载native libraries的。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20210201A08ED100?refer=cp_1026
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