【JVM】JVM简介|运行流程|内存划分

news2024/9/22 11:34:34

一、JVM简介

二、JVM运行流程

三、JVM运⾏时数据区（内存划分）

3.1 堆（线程共享）

3.2 栈

3.3 元数据区（方法区）（线程共享）

3.4 程序计数器（线程私有）

一、JVM简介

JVM是Java Virtua Machine的简称，意为Java虚拟机

虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的、运⾏在⼀个完全隔离的环境中的完整计算机系统

常⻅的虚拟机：JVM、VMwave、Virtual Box

JVM和其他两个虚拟机的区别：

1. VMwave与VirtualBox是通过软件模拟物理CPU的指令集，物理系统中会有很多的寄存器；

2. JVM则是通过软件模拟Java字节码的指令集，JVM中只是主要保留了PC寄存器，其他的寄存器都进⾏了裁剪。

JVM是⼀台被定制过的现实当中不存在的计算机

二、JVM运行流程

程序在执⾏之前先要把java代码转换成字节码（class⽂件），JVM⾸先需要把字节码通过⼀定的⽅式类加载器（ClassLoader）把⽂件加载到内存中运⾏时数据区（Runtime Data Area），⽽字节码⽂件是JVM的⼀套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执⾏，因此需要特定的命令解析器执⾏引擎（Execution Engine）将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执⾏，⽽这个过程中需要调⽤其他语⾔的接⼝本地库接⼝（Native Interface）来实现整个程序的功能，这就是这4个主要组成部分的职责与功能

总结来看，JVM主要通过分为以下4个部分，来执⾏Java程序的，它们分别是：

1. 类加载器（ClassLoader）

2. 运⾏时数据区（Runtime Data Area）

3. 执⾏引擎（Execution Engine）

4. 本地库接⼝（Native Interface）

三、JVM运⾏时数据区（内存划分）

JVM运⾏时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和Java内存模型（(Java Memory Model，简称JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下5⼤部分组成：

3.1 堆（线程共享）

堆的作⽤：整个内存区域中最大的区域，放的就是代码中new出来的对象

我们常⻅的JVM参数设置-Xms10m最⼩启动内存是针对堆的，-Xmx10m最⼤运⾏内存也是针对堆的。

| ms是memory start简称，mx是memory max的简称

堆⾥⾯分为两个区域：新⽣代和⽼⽣代，新⽣代放新建的对象，当经过⼀定GC次数之后还存活的对象会放⼊⽼⽣代。新⽣代还有3个区域：⼀个Endn+两个Survivor（S0/S1）

垃圾回收的时候会将Endn中存活的对象放到⼀个未使⽤的Survivor中，并把当前的Endn和正在使⽤的Survivor清楚掉

3.2 栈

（1）Java虚拟机栈（线程私有）

Java虚拟机栈的作⽤：Java虚拟机栈的⽣命周期和线程相同，Java虚拟机栈描述的是Java⽅法执⾏的内存模型：每个⽅法在执⾏的同时都会创建⼀个栈帧（Stack Frame）⽤于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、⽅法出⼝等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈

Java虚拟机栈中包含了以下4部分：

1. 局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型(8⼤基本数据类型)、对象引⽤。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进⼊⼀个⽅法时，这个⽅法需要在帧中分配多⼤的局部变量空间是完全确定的，在执⾏期间不会改变局部变量表⼤⼩。简单来说就是存放⽅法参数和局部变量。

2. 操作栈：每个⽅法会⽣成⼀个先进后出的操作栈。

3. 动态链接：指向运⾏时常量池的⽅法引⽤。

4. ⽅法返回地址：PC寄存器的地址

（2）本地⽅法栈（线程私有）

本地⽅法栈和虚拟机栈类似，只不过Java虚拟机栈是给JVM使⽤的，⽽本地⽅法栈是给本地⽅法使⽤的

什么是线程私有?

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执⾏时间的⽅式来实现，因此在任何⼀个确定的时刻，⼀个处理器(多核处理器则指的是⼀个内核)都只会执⾏⼀条线程中的指令。因此为了切换线程后能恢复到正确的执⾏位置，每条线程都需要独⽴的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独⽴存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存

3.3 元数据区（方法区）（线程共享）

⽅法区的作⽤：⽤来存储“类对象”，即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的

class Test {
    ...
}

Test.class就是类对象，代码中每个类，在jvm上运行都会有对应的类对象

运⾏时常量池

运⾏时常量池是⽅法区的⼀部分，存放字⾯量与符号引⽤

字⾯量:字符串(JDK8移动到堆中)、final常量、基本数据类型的值

符号引⽤:类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、⽅法的名称和描述符

3.4 程序计数器（线程私有）

程序计数器的作⽤：是内存区域中最小的区域，只需要保存当前要执行的下一条指令（JVM字节码）的地址（这个地址就是元数据区里面的一个地址）

⼩结

上述四个区域中，堆和元数据区，是整个进程只有一份，多个线程共享一份数据

栈和程序计数器，是每个线程都有一份，每个线程的局部变量，则不是共享的，每个线程都是有自己的一份

一个对象在哪个区域，取决于对应变量的形态

1）局部变量：栈上

2）成员变量：堆上

3）静态成员变量：方法区/元数据区

class Test { 
    int a;
    Test2 t2 = new Test2();
    String s = "hello";
    
    static int b;
}

public static void main() {
    Test t = new Test();

}

判断：

（1）a在哪个区域？

（2）t2在哪个区域？

（3）s在哪个区域？

（4）b在哪个区域？

（5）t在哪个区域？

答：