Java虚拟机内存模型

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Java虚拟机内存模型

markfork 2018-05-29 19:38:00 浏览791
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章节

  • JVM结构
  • 运行时数据区(Java run time data area)
    • 方法区-线程共享
    • 堆区 -线程共享
    • Java栈 -线程私有
    • native 本地方法栈-线程私有
    • PC寄存器 - 线程私有
  • 类加载器子系统
    • ClassLoader 概述
    • 类加载时机
    • ClassLoader 分类
    • ClassLoader 工作原理
      • 装载
      • 链接
      • 初始化
  • 执行引擎

1. JVM结构

1、JVM 主要由类加载器、Java运行时数据区、执行引擎以及本地方法接口组成。
2、Java 运行时数据区由 方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈组成。
3、本地方法栈、PC寄存器、Java栈是由每个线程私有的;方法区、堆是所有java线程共享的。

2.运行时数据区

2.1 Java 栈

1.Java栈与线程关联在一起,new Thread() 后会为当前线程创建对应的Java栈。
2.每个Java 栈中会包含多个栈帧,每个栈帧与每个运行中的方法对应起来。
3.运行一个方法创建一个栈帧,方法运行结束,栈帧弹出栈顶。

2.1.1 局部变量区

局部变量区 包含 方法参数、和局部变量、基本类型变量、对象引用。

2.1.2 操作数栈

进行入栈出栈基本操作。在计算时,操作数栈出栈,计算完毕后再入栈。

2.1.3 帧数据区

1.记录 存储类的相关信息的常量池的 指针 ,便于解析。
2.帮助方法正常返回:恢复调用该方法的栈帧、设置PC寄存器指向
调用方法对应的下一条指令、把返回值压入调用方法的栈帧中的操作
数栈中。

2.2 本地方法栈

本地方法栈类似于Java栈,主要存储本地方法调用状态。
本地方法栈为JVM调用native方法服务。

2.3 PC寄存器/程序计数器

记录当前线程即将执行的下一条指令的地址。

2.4 方法区

类型信息和类的静态变量都存储在方法区中
方法区中每个类存储了以下数据:
1.类及其父类的全限定名
2.类的类型 class or interface 
3.访问的修饰符 (public abstract final)
4.实现的接口的全限定名的列表
5.字段信息
6.方法信息
7.静态变量
8.常量池
9.ClassLoader 引用
10.Class引用

注意:可见类的所有信息都存储在方法区中,由于方法区是线程共享的,所以必须保证线程安全。

举例:两个类要同时加载一个尚未被加载的类,那么一个类会请求它
的ClassLoader去加载需要的类,另一个类只能等待而不会重复加
载。

2.4.1 常量池

常量池本身是方法区中的一个数据结构:
1、常量池中存储了如字符串(有些地方称之为字符串池)、final 变量值,类名和方法名常量。
2.常量池中数据在编译器就被确定,保存在.class文件中。
   分为两类:
    字面量:final变量、字符串
    引用量:类名、方法名、类和接口的全限定名
3.方法区对应持久代(Permanent Generation),默认大小16M,最大值
64M。大小通过参数来设置,-XX:permSize 指定初始值,-XX:MaxPermSize 指定最大值。

2.5 堆

1.堆是JVM管理的内存中最大的一块,是被所有Java线程共享的, 不是线程安全的,在JVM启动时创建。
2.堆用于存储对象实例以及数组值。
3.堆中有指向方法区中常量池中类信息的指针
4.堆中存放了指向方法表的指针
5.堆中实例数据包含了对象锁 monitor 对象,

2.5.1 分代管理模式-新生代、老年代

1.新生代(New Generation)
大多数情况下对象被分配在新生代,新生代由Eden Space 和两块相同大小的Survivor Space  组成。 后两者主要用于Minor GC 时的对象复制。
2.老年代 (Old Generation/Tenuring Generation)
在新生代存活时间较久的对象会被转入老年代,老年代进行垃圾回收的频率没有新生代高。

3.类加载器子系统(Class Loader)

3.1 类加载器概述

类加载器子系统负责加载编译好的.class 字节码文件,一般情况下类
在编译成.class 文件之后,立即被装入内存,使JVM可以实例化或以
其他方式使用加载后的类。JVM的类加载子系统支持在运行时的动态
加载(Java 反射),动态加载可以节省内存空间。

3.2 类加载的时机

类加载时机 含义 举例
静态加载 静态加载类,在编译时刻就需要加载所有可能使用到的类 如 new Word()
动态加载 属于延迟加载的模式,在java反射中会用到,首先节省内存,另外一个是动态加载类,这种方式在动态工厂方法中也会用到,这个生成类的util类只需要被加载一次就可以了 如 class.forName this.getClass() Class.class 三种方式实现运行时加载

3.3 ClassLoader 分类

  • 1.启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader),java rt.jar 负责加载java 核心类
  • 2.扩展类加载器 (Extension ClassLoader),负责加载一些扩展功能的jar包
  • 3.系统类加载器 (System ClassLoader ),负责加载启动参数中制定的ClassPath 中的jar 包及目录。我们自己写的Java类也是由该ClassLoader加载的。
  • 4.用户自定义类加载器 (UserDefined Classloader):用户自定义类的加载规则,可以手动控制加载过程中的步骤。

3.4 ClassLoader的工作原理
类加载分为三个过程:装载、链接、初始化
3.4.1 装载

1. 通过类的全限定名和Classloader 加载类,主要是将指定的.class
 文件加载至jvm当中,类加载之后,jvm内部使用类的全限定名+
ClassLoader实例ID 标明类。
2.ClassLoader 实例 与 类实例位于堆中,他们的类信息位于方法区中
3.装载过程使用“ 双亲委派模型”,当一个ClassLoader要加载类时,他
会先请求他的双亲ClassLoader,即整个加载类的请求不断上抛,直
到启动类加载器。只有其双亲ClassLoader无法加载指定的类时,它
才会自己加载类。
4.不同类加载器之间是无法交互的,即使是同一个类,被不同的
ClassLoader加载,他们也无法感知彼此的存在。

3.4.2 链接

1.验证:校验.class文件的正确性,确保改文件是符合规范定义的
2.准备:为类分配内存,同时初始化类中的静态变量赋值为默认值。
3.解析:主要把类的常量池中的符号引用解析为直接引用。

3.4.3 初始化
定义:初始化类中的静态变量,并执行类中的static代码,构造函数。
初始化类的时机

1.通过new关键字、反射、clone、反序列化机制实例化对象
2.调用类的静态方法
3.使用类的静态变量或对其赋值
4.通过反射调用类的方法
5.初始化该类子类,其父类必须已经被初始化
6.具有main方法的类。

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