JVM内存相关概述

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10/14 16:42
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本文主要简单阐述jvm内存方面结构与模型,主要基于jdk8,后面版本与之大同小异。

基本概念

jvm内存结构与jvm内存模型

  1. 内存结构:描述的是线程运行所设计的内存空间;

  2. 内存模型:描述的是多线程允许的行为;

JVM 是什么呢?它屏蔽了底层架构的差异性,是 Java 跨平台的依据,也是每个 Java 程序员必须了解的一部分。

jvm 内存结构

JVM内存结构或者说内存模型指的是Java虚拟机在运行程序的过程中会把内存分为不同的区域,根据Java虚拟机规范(1.8)运行时数据区域包括:程序计数器(Program Counter Register)、虚拟机栈(JVM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)、Java堆(Heap)、方法区(Method Area)、运行时常量池。

各数据区域职责

数据区域 区域描述
程序计数器 程序计数器是线程私有的,是唯一一块没有OOM的内存区域,主要用于记录各个线程执行的字节码的地址,用来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等都需要借助于计数器来完成
Java虚拟机栈 存放的都是方法中的局部变量。方法的运行一定要在栈当中。局部变量:方法的参数,或是方法内部的变量 作用域:一旦超出作用域,立刻从栈内存中消失虚拟机栈用于描述Java方法执行的内存模型,属于线程私有,生命周期和线程相同。每当发生一次方法调用,就会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息,每一个方法从调用到执行完成就对应着一个栈帧入栈和出栈的过程。局部变量表用于储存编译期可知的基本类型数据和对象引用,其中double的long类型数据占用两个局部变量空间(Slot),其他均是一个,局部变量表占用的空间在编译期完成分配,运行期不会改变改变其大小。每一次方法调用产生的栈帧中都有一个指向常量池中该方法的引用,常量池中有大量的符号引用,这些符号引用有部分在类加载过程中解析化阶段被转化为直接引用,有些则是在运行阶段转化为直接引用,前者称为静态链接,或者称为动态链接。方法出口分为正常完成出口和异常完成出口。 注意:当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,会抛出StackOverflowError,如果支持动态扩展,扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError
本地方法栈 本地方法栈和Java虚拟机栈类似,不过本地方法栈是为调用Native方法服务的,本地方法即非java提供的方法是第三方提供的,如C++、C语言,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。
Java堆 Java堆是存放实例对象和数组的地方,是一块所有线程共享的区域(每个线程在初始化时都会在Eden划分一块空间给当前线程使用,这块空间是本地线程独享的。意味着线程分配是独享的,但读取和垃圾回收是线程共享的),在虚拟机启动时创建。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,根据分代垃圾算法,Java堆可以分为新生代和老年代,其中新生代又可以细分为Eden区和Survivor区根据Java虚拟机规范,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间,只要逻辑连续就可以了,可以通过-Xmx和-Xms来控制堆区的大小,如果堆中无法为对象分配内存并且无法扩展时抛出OutOfMemoryError。
方法区 方法区也是各个线程共享的区域,用来存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据,根据Java虚拟机规范,当方法区无法满足内存分配时也会OOM。凡是方法区中的一定只有一份。Java设计this的原因就是因为方法只有一份,必须得区分出来是谁在调用这个方法。
运行时常量区 运行时常量池时方法区的一部分,Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息时常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。此外该区域也存在OOM。

Java 内存

Java内存模型(Java Memory Model)是和多线程相关的一个抽象模型,描述了一组规则或规范,这个规范定义了一个线程对共享变量的写入时对另一个线程是可见的。简而言之,JVMM是为了解决多线程环境下可见性问题的一组规范。可见性,即一个线程对共享变量的修改,另一个线程能够立即看到,在多核时代,每个CPU都有自己的缓存,如下图所示,线程1操作CPU01的缓存,线程2操作CPU02的缓存,显然线程1对共享变量的操作对于线程2来说就不具备可见性。

总结

通过对JVM内存结构的介绍,可以看出JVM内存结构强调的是根据JVM规范,在Java运行的过程中,JVM管理各个数据区域,并且这些数据区域有着各自的职责;而JMM强调的是解决多线程并发条下的可见性问题、有序性问题的一组规范.

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