JVM内存结构
来源:互联网 发布:科蒂斯电动牙刷 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 18:31
http://www.cnblogs.com/smyhvae/p/4748392.htm
主要内容如下:
- JVM启动流程
- JVM基本结构
- 内存模型
- 编译和解释运行的概念
一、JVM启动流程:
JVM启动时,是由java命令/javaw命令来启动的。
二、JVM基本结构:
JVM基本结构图:
《深入理解Java虚拟机(第二版)》中的描述是下面这个样子的:
Java中的内存分配:
Java程序在运行时,需要在内存中的分配空间。为了提高运算效率,就对数据进行了不同空间的划分,因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。
具体划分为如下5个内存空间:(非常重要)
- 栈:存放局部变量
- 堆:存放所有new出来的东西
- 方法区:被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量等。
- 程序计数器(和系统相关)
- 本地方法栈
1、程序计数器:
每个线程拥有一个PC寄存器
在线程创建时创建
指向下一条指令的地址
执行本地方法时,PC的值为undefined
2、方法区:
保存装载的类信息
类型的常量池
字段,方法信息
方法字节码
通常和永久区(Perm)关联在一起
3、堆内存:
和程序开发密切相关
应用系统对象都保存在Java堆中
所有线程共享Java堆
对分代GC来说,堆也是分代的
GC管理的主要区域
现在的GC基本都采用分代收集算法,如果是分代的,那么堆也是分代的。如果堆是分代的,那堆空间应该是下面这个样子:
上图是堆的基本结构,在之后的文章中再进行详解。
4、栈内存:
- 线程私有,生命周期和线程相同
- 栈由一系列帧组成(因此Java栈也叫做帧栈)
- 帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针
- 每一次方法调用创建一个帧,并压栈
解释:
Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法被调用的时候都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常情况:
(1)如果线程请求的栈深度太深,超出了虚拟机所允许的深度,就会出现StackOverFlowError(比如无限递归。因为每一层栈帧都占用一定空间,而 Xss 规定了栈的最大空间,超出这个值就会报错)
(2)虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展到无法申请足够的内存空间,会出现OOM
4.1 Java栈之局部变量表:包含参数和局部变量
局部变量表存放了基本数据类型、对象引用和returnAddress类型(指向一条字节码指令的地址)。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(slot),其余数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。
例如,我写出下面这段代码:
1 package test03; 2 3 /** 4 * Created by smyhvae on 2015/8/15. 5 */ 6 public class StackDemo { 7 8 //静态方法 9 public static int runStatic(int i, long l, float f, Object o, byte b) {10 return 0;11 }12 13 //实例方法14 public int runInstance(char c, short s, boolean b) {15 return 0;16 }17 18 }
上方代码中,静态方法有6个形参,实例方法有3个形参。其对应的局部变量表如下:
上方表格中,静态方法和实例方法对应的局部变量表基本类似。但有以下区别:实例方法的表中,第一个位置存放的是当前对象的引用。
4、2 Java栈之函数调用组成栈帧:
方法每次被调用的时候都会创建一个栈帧,例如下面这个方法:
public static int runStatic(int i,long l,float f,Object o ,byte b){ return runStatic(i,l,f,o,b);}
当它每次被调用的时候,都会创建一个帧,方法调用结束后,帧出栈。如下图所示:
4.3 Java栈之操作数栈
Java没有寄存器,所有参数传递都是使用操作数栈
例如下面这段代码:
public static int add(int a,int b){ int c=0; c=a+b; return c; }
压栈的步骤如下:
0: iconst_0 // 0压栈
1: istore_2 // 弹出int,存放于局部变量2
2: iload_0 // 把局部变量0压栈
3: iload_1 // 局部变量1压栈
4: iadd //弹出2个变量,求和,结果压栈
5: istore_2 //弹出结果,放于局部变量2
6: iload_2 //局部变量2压栈
7: ireturn //返回
如果计算100+98的值,那么操作数栈的变化如下图所示:
4.4 Java栈之栈上分配:
小对象(一般几十个bytes),在没有逃逸的情况下,可以直接分配在栈上
直接分配在栈上,可以自动回收,减轻GC压力
大对象或者逃逸对象无法栈上分配
栈、堆、方法区交互:
三、内存模型:
每一个线程有一个工作内存。工作内存和主存独立。工作内存存放主存中变量的值的拷贝。
当数据从主内存复制到工作存储时,必须出现两个动作:第一,由主内存执行的读(read)操作;第二,由工作内存执行的相应的load操作;当数据从工作内存拷贝到主内存时,也出现两个操作:第一个,由工作内存执行的存储(store)操作;第二,由主内存执行的相应的写(write)操作。
每一个操作都是原子的,即执行期间不会被中断
对于普通变量,一个线程中更新的值,不能马上反应在其他变量中。如果需要在其他线程中立即可见,需要使用volatile关键字作为标识。
1、可见性:
一个线程修改了变量,其他线程可以立即知道
保证可见性的方法:
volatile
synchronized (unlock之前,写变量值回主存)
final(一旦初始化完成,其他线程就可见)
2、有序性:
在本线程内,操作都是有序的
在线程外观察,操作都是无序的。(指令重排 或 主内存同步延时)
3、指令重排:
指令重排:破坏了线程间的有序性:
指令重排:保证有序性的方法:
指令重排的基本原则:
程序顺序原则:一个线程内保证语义的串行性
volatile规则:volatile变量的写,先发生于读
锁规则:解锁(unlock)必然发生在随后的加锁(lock)前
传递性:A先于B,B先于C 那么A必然先于C
线程的start方法先于它的每一个动作
线程的所有操作先于线程的终结(Thread.join())
线程的中断(interrupt())先于被中断线程的代码
对象的构造函数执行结束先于finalize()方法
四、解释运行和编译运行的概念:
解释运行:
解释执行以解释方式运行字节码
解释执行的意思是:读一句执行一句
编译运行(JIT):
将字节码编译成机器码
直接执行机器码
运行时编译
编译后性能有数量级的提升
编译运行的性能优于解释运行。
接下来再来一片文章,做更深得了解
http://blog.csdn.net/chaofanwei/article/details/19418753
图一:Java内存结构划分
由上图可知,java内存主要分为6部分,分别是程序计数器,虚拟机栈,本地方法栈,堆,方法区和直接内存,下面将逐一详细描述。
线程私有,即每个线程都会有一个,线程之间互不影响,独立存储。
代表着当前线程所执行字节码的行号指示器。线程私有,它的生命周期和线程相同。
描述的是java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时多会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口等信息。
每一个方法从调用直至完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用,所需内存空间在编译期确定。
-Xoss参数设置本地方法栈大小(对于HotSpot无效)
-Xss参数设置栈容量 例: -Xss128k
同虚拟机栈,只不过本地方法栈位虚拟机使用到的native方法服务。
Sun HotSpot虚拟机把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
线程共享
主要用于分配对象实例和数组。
-Xms参数设置最小值
-Xmx参数设置最大值 例:VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
若-Xms=-Xmx,则可避免堆自动扩展。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError可以让虚拟机在出现内存溢出是dump出当前的内存堆转储快照。
线程共享
用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译后的代码等数据。
别名永久代(Permanent Generation)
-XX:MaxPermSize设置上限
-XX:PermSize设置最小值 例:VM Args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M
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、接口等信息外,还有一项是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
运行时常量池相对于Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性:即除了Class文件中常量池的内容能被放到运行时常量池外,运行期间也可能将新的常量放入池中,比如String类的intern()方法。
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分。
在NIO中,引入了一种基于通道和缓冲区的I/O方式,它可以使用native函数直接分配堆外内存,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。
-XX:MaxDirectMemorySize设置最大值,默认与java堆最大值一样。
例:-XX:MaxDirectMemorySize=10M -Xmx20M
对于32位操作系统来说,系统最大内存为4G。
系统给每个进程的内存是有限制的,譬如32位的windows 限制为2G
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