JVM基础(2)——JVM内存模型

发布时间:2024年01月10日

一、简介

JVM会加载类到内存中,所以 JVM 中必然会有一块内存区域来存放我们写的那些类。Java中有类对象、普通对象、本地变量、方法信息等等各种对象信息,所以JVM会对内存区域进行划分:

JDK1.8及以后,上图中的方法区变成了Metaspace——元数据区。

我们本章的目的,就是介绍JVM中各块内存区域的功能,其中都是存放的哪些java对象信息。

二、方法区

方法区只存在于JDK1.8以前的版本,主要是存储从”.class“文件里加载进来的类,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。从JDK1.8开始,这块区域的名字改成了元数据区(Metaspace),元数据区直接使用本地内存。

默认情况下,元数据区会根据使用情况动态调整,避免了在JDK1.8以前由于加载类过多从而出现 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。但也不能无限扩展,因此可以使用 -XX:MaxMetaspaceSize来控制最大内存。

以上一章的示例来看,Kafka.class和ReplicaManager.class加载到JVM后,会放到方法区中:

    public class Kafka {
        public static void main(String[] args) {
            ReplicaManager manager = new ReplicaManager();
        }
    }

方法区/元数据区是所有线程共享的:

三、程序计数器

程序计数器,用来记录当前线程正在执行的字节码指令。我们还是继续以上一章的代码作为示例来讲解:

    public class Kafka {
        public static void main(String[] args) {
            ReplicaManager manager = new ReplicaManager();
            manager.loadReplicaFromDisk();
        }
    }

首先,上面这段.java源程序会被编译成.class文件,.class中存放的是JVM可以读懂的字节码,比如下面这样

    public java.lang.String getName();
        descriptor: ()Ljava/lang/String;
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
            stack=1, locals=1, args_size=1
                0: aload_0
                1: get_field    #2
                4: areturn

当JVM加载类信息到内存之后,实际就会使用自己的?字节码执行引擎?,去执行这些字节码指令,如下图:

程序计数器的作用就在这里,它会?记录当前执行的字节码指令的位置?,如下图:

程序计数器是?线程私有?的,也就是说每个线程都有个自己的程序计数器,记录当前线程执行到了哪一条字节码指令:

四、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈,其实是一种表示Java方法执行的数据结构。每个方法被执行的时候,都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储?局部变量表?、?操作栈?、?动作链接?、?方法出口?等信息。每个方法从被调用到执行完成的过程,其实就是一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

下面的这段程序,肯定有一个main线程来执行main()方法里面的代码,方法内部我们通常会定义一些局部变量,比如manager,JVM中必须有一块区域来保存方法中的这些数据,这个就是Java虚拟机栈,Java虚拟机栈是?线程私有?的。

    public class Kafka {
        public static void main(String[] args) {
            ReplicaManager manager = new ReplicaManager();
            manager.loadReplicaFromDisk();
        }
    }
    public class ReplicaManager {
        public static void loadReplicaFromDisk() {
            Boolean hashFinishedLoad = false;
        }
    }

比如main线程执行了main()方法,那么就会创建一个栈帧(里面存放manager局部变量),并将其压入main线程自己的Java虚拟机栈中,如下图:

然后main线程继续执行loadReplicaFromDisk方法,遇到方法内部的hashFinishedLoad局部变量,就会再创建一个栈帧,压入自己的虚拟机栈中:

上述就是JVM中的”Java虚拟机栈“这个组件的作用:?调用任何方法时,为方法创建栈帧然后入栈,栈帧里存放了这个方法对应的局部变量之类的数据(也包括方法执行的其它相关信息),方法执行完毕后就出栈。

五、Java堆内存

Java堆内存,这是JVM内存区域中最重要的一块区域,存放着各种Java对象,是线程共享区域。

下面代码中,new ReplicaManager()创建了一个对象实例,这个对象实例的相关信息就存放在Java堆内存中:

    public class Kafka {
        public static void main(String[] args) {
            ReplicaManager manager = new ReplicaManager();
            manager.loadReplicaFromDisk();
        }
    }

main线程在执行main()方法时,会为其创建一个栈帧并入栈,栈帧中的局部变量manager存放着ReplicaManager对象实例在Java堆内存中的地址:

六、本地方法栈

本地方法栈,其作用和Java虚拟机栈类似,区别在于本地方法栈是为虚拟机所使用到的?Native方法?服务,而Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务。本地方法栈也是线程私有的。

JDK中的很多底层API,比如IO、NIO、网络等,如果大家去看它的源码,会发现很多地方是调用的native修饰的方法,比如下面这样:

    public native int hashCode();

在调用native方法时,也会有线程对应的栈来保存native方法底层用到的局部变量表之类的信息,这就是本地方法栈的作用。

七、总结

本章,我们通过代码的执行流程讲解了JVM的内存模型,读者需要重点关注方法区、程序计数器、Java虚拟机栈、Java堆内存与程序执行逻辑的关系,其中Java堆内存是我们后面章节要关注的重点区域。

文章来源:https://blog.csdn.net/smart_an/article/details/135508727
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