一、JVM介绍
1.1基本概念
JVM 是可运行 Java 代码的假想计算机 ,包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、
一个垃圾回收,堆 和 一个存储方法域。JVM 是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接
的交互。
1.2 运行过程
我们都知道 Java 源文件,通过编译器,能够生产相应的.Class 文件,也就是字节码文件,
而字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器,编译成特定机器上的机器码 。
也就是如下:
① Java 源文件—->编译器—->字节码文件
② 字节码文件—->JVM—->机器码
每一种平台的解释器是不同的,但是实现的虚拟机是相同的,这也就是 Java 为什么能够
跨平台的原因了 ,当一个程序从开始运行,这时虚拟机就开始实例化了,多个程序启动就会
存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭,则虚拟机实例消亡,多个虚拟机实例之间数据不
能共享。
2.1 线程
这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。JVM 允许一个应用并发执行多个线程。
Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系
。
当线程本地存储、缓
冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后,就会创建一个操作系统原生线程
。
Java 线程结束,原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程,并把它们分配到任何可
用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕,就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时,会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。
Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个:
2.2.JVM
内存区域
JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区
域【JAVA 堆、方法区】、直接内存。
线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 Hotspot
VM 内
, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的
生/死对应)。
线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁
。
直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分,
但也会被频繁的使用: 在 JDK 1.4 引入的
NIO 提 供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用
DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作(详见: Java I/O 扩展), 这样就避免了在 Java
堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能
。
2.2.1. 程序计数器(线程私有)
一块较小的内存空间,
是当前线程所执行的字节码的行号指示器
,每条线程都要有一个独立的
程序计数器,这类内存也称为“线程私有”的内存。
正在执行 java 方法的话,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如
果还是 Native 方法,则为空。
这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
2.2.2.
虚拟机栈
(
线程私有
)
是描述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
。
每一个方法从调用直至执行完成
的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
栈帧( Frame)是用来存储数据和部分过程结果的数据结构,同时也被用来处理动态链接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派( Dispatch Exception)。
栈帧随着方法调用而创
建,随着方法结束而销毁
——无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未被捕获的异
常)都算作方法结束。
2.2.3.
本地方法区
(
线程私有
)
本地方法区和
Java Stack 作用类似
, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而
本地方法栈则为 Native 方法服务
, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个 C 栈,但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
2.2.4.
堆(
Heap-
线程共享)
-
运行时数据区
是被线程共享的一块内存区域,
创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中,也是垃圾收集器进行 垃圾收集的最重要的内存区域
。由于现代 VM 采用
分代收集算法
, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以 细分为: 新生代
(
Eden 区
、
From Survivor 区
和
To Survivor 区
)和
老年代。
2.2.5.
方法区
/
永久代(线程共享)
即我们常说的永久代(Permanent Generation)
, 用于存储
被 JVM 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. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即
使用Java
堆的永久代来实现方法区
, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存,
而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对
常量池的回收
和
类型
的卸载
, 因此收益一般很小)。
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、接口等描述等信息外,还有一项信息是常量池
(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加
载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分(自然也包括常量
池)的格式都有严格的规定,每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求,这样才会
被虚拟机认可、装载和执行。