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深入理解java虚拟机过时了吗,Java虚拟机

时间:2023-05-04 19:21:31 阅读:141649 作者:2431

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Java存储器区域

一.运行时数据区域

二.客体制定

三.对象的内存布局

在此之前,让我们先看看JDK和JRE。

可以将Java编程语言、Java虚拟机和Java类库这三个部分统称为javadevelopmentkit (JDK )。 JDK是支持Java程序开发的最小环境。

在Java类库API中,Java SE API的子集和Java虚拟机这两个部分可以统称为javaruntimeenvironment (JRE ),这是一个支持Java程序执行的标准环境。

Java存储器区域

一.运行时数据区域

在Java程序运行时,Java虚拟机将管理的内存划分为几个不同的数据区域。 这些区域具有各自的用途以及创建和销毁的时间,有些区域随着虚拟机进程的开始而存在,而有些区域则依赖于用户线程的开始和结束来创建和销毁。 (来自) Java虚拟机(深入理解版本3 ) ) ) ) )。

本节从线程是否共享来分别介绍这些区域:

线程共享的是堆、方法区域

线程的独占包括虚拟机堆栈、本地方法堆栈、程序计数器

线程共享

Java堆(Java Heap )是虚拟机管理的内存中最大的块。 Java堆是所有线程共享的内存区域,在虚拟机启动时创建。 此内存区域的唯一目的是存储对象实例,Java世界中“几乎”的所有对象实例都将在此处分配内存。

从内存分配的角度来看,将多个线程的专用分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB )划分为所有线程共享的Java堆,以提高分配对象时的效率

细化Java堆的目的只是为了更好地回收内存或更快地分配内存。

这意味着堆实际上用于存储对象实例,其他数组中的数据也存储在堆中。

方法区域

方法区域(Method Area )和Java堆一样,是各线程共享的内存区域,虚拟机加载的类型信息、常数、静态变量、即时计算机编译的代码缓存等数据

在JDK 6的时候,HotSpot开发团队计划放弃永久的世代,逐渐采用局部存储器(Native Memory )实现方法领域。 到了JDK 7的HotSpot,移动了永久世代的字符串常量池、静态变量等,但到了JDK 8,终于完全放弃了永久世代的概念。 而是替换为在本地内存中实现的元空间(Meta-space ) (与JRockit,J9类似),并将JDK 7中永久保留的所有内容(主要是类型信息)移动到元空间中。

类被解析后的信息存在方法区域。

线程独占

虚拟机堆栈

Java虚拟机堆栈(Java Virtual Machine Stack )也是线程特定的,具有与线程相同的生命周期。

虚拟机堆栈描述了Java方法执行的线程内存模型。 当每个方法执行时,Java虚拟机会同时创建堆栈帧(Stack Frame )以存储局部变量表、操作数堆栈、动态连接和方法出口等信息。 每个方法被调用并完成执行的过程对应于堆栈帧在虚拟机堆栈中从堆栈到进入堆栈的过程。

也就是说,堆栈进行程序命令的顺序控制。

本地方法堆栈

本地方法堆栈(Native Method Stacks )是虚拟机堆栈对虚拟机执行Java方法(即字节码)服务,而本地方法堆栈是虚拟机使用的本地方法

程序计数器

程序计数器(Program Counter Register )是一个小内存空间,可以将其视为当前线程正在执行的字节码行号指示符。 在Java虚拟机的概念模型中,字节码解释器通过修改此计数器的值来选择下一个要执行的字节码指令。 这是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等基本功能都必须依赖于此计数器来完成。

Java虚拟机的多线程化是通过交替切换线程并分配处理器的执行时间来实现的,因此在任何确定的时刻,一个处理器(多核处理器为一个内核)都是一个线程内指令的线程因此,每个线程都需要一个独立的程序计数器,以便将线程切换回正确的执行位置,线程之间的计数器不会相互影响,而是独立存储。 这样的内存区域称为“线程专用”内存。

通俗地说,什么时候进入堆栈,什么时候离开堆栈,什么时候结束,由计数器控制。

以下步骤以一种方法在执行的过程中是如何进行的为例。

class BirthDate {

私有日;

私有int month;

私有年;

公共birth date (intd,int m,int y ) {

day=d;

month=m;

year=y;

}

}

公共类测试{

publicstaticvoidmain (string args ()。

]){
int date = 9;
Test test = new Test();
test.change(date);
BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970);
}

public void change1(int i){ i = 1234; }

}

Test类以及BirthDate 类都经过编译,他们各自的类信息存储在方法区里面
main方法开始执行,main方法入栈,同时为main() 创建一个栈帧
int data = 9;data是基础类型,并且是在栈中声明的,所以他的句柄信息(引用)以及他的值都在栈中。
Test test = new Test(); test存在栈中,(new Test())放在堆里,并且由对象中指向类信息的指针指向方法区中对应的类
test.change(date); change()方法入栈并开辟栈帧,i 为形参并且为基本数据类型,在栈中声明,同 data ; change方法在执行完毕之后就会出栈。
BirthDate d1= new BirthDate(7,7,1970); d1(句柄信息)为对象引用,存放在栈中,(new BirthDate()) 存放在堆中。BirthDate()函数执行,开辟栈帧,三个形参都是基本数据类型,在栈中声明,同 data 和 i , 构造函数在执行完毕之后,栈帧销毁(出栈,对应的局部变量表也会被销毁,他主要保存函数的参数以及局部的变量信息,也就是说 d、m、y也会被销毁)
.main方法执行完之后出栈,date变量,test,d1引用将从栈中消失,new Test(),new BirthDate()将等待垃圾回收。
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表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量(包括字符串文本以及被声明为final类型的常量值)与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

二、对象创建
在代码的层面,对象创建通常就是通过 new 关键字,但是在Java虚拟机里面创建一个对象,可决不是这么简单的。

当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时,首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到 一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有,那必须先执行相应的类加载过程。

在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为mldny对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成 后便可完全确定,为对象分配空间的任务实际上便等同于把一块确定 大小的内存块从Java堆中划分出来。

在这里有两种方式:
指针碰撞:假设Java堆中内存是绝对规整的,所有被使用过的内存都被放在一 边,空闲的内存被放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为"指针碰撞"
这有一个问题是需要考虑的:对象创建在虚拟机中是非常频繁的行 为,即使仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象 A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。
解决上述的情况有两种方式
一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机是采用CAS配上失败 重试的方式保证更新操作的原子性;
另外一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进 行,即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB),哪个线程要分配内存,就在哪个线程的本地缓冲区中分配,只有本地缓冲区用完 了,分配新的缓存区时才需要同步锁定。
空闲列表:但如果Java堆中的内存并不是规整的,已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起,那就没有办法简单地进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录上哪些内存块是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式称为“空闲列表”(Free List)。
三、对象的内存布局
在HotSpot虚拟机里,对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分:对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和 对齐填充(Padding)。

对象头:HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。
第一类是用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码(HashCode)、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。官方称它为 Mark Word(一个有着动态定义的数据结构)。
对象头的另外一部分是类型指针,即对象指向它的类型元数据的指针。在上述代码中的例子: new BirthDate(),对象实例存放在堆里,对象头中的这部分类型指针,指向的就是方法区对应的类信息。
实例数据部分是对象真正存储的有效信息。
对象的第三部分是对齐填充,这并不是必然存在的,也没有特别的含义。

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