JVM内存区域划分相关原理详解

  学过C语言的朋友都知道C编译器在划分内存区域的时候经常将管理的区域划分为数据段和代码段,数据段包括堆、栈以及静态数据区。那么在Java语言当中,内存又是如何划分的呢?

  由于Java程序是交由JVM执行的,所以我们在谈Java内存区域划分的时候事实上是指JVM内存区域划分。在讨论JVM内存区域划分之前,先来看一下Java程序具体执行的过程:

  

  如上图所示,首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀),然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程中,JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息,这段空间一般被称作为Runtime Data Area(运行时数据区),也就是我们常说的JVM内存。因此,在Java中我们常常说到的内存管理就是针对这段空间进行管理(如何分配和回收内存空间)。

  在知道了JVM内存是什么东西之后,下面我们就来讨论一下这段空间具体是如何划分区域的,是不是也像C语言中一样也存在栈和堆呢?

一.运行时数据区包括哪几部分?

  根据《Java虚拟机规范》的规定,运行时数据区通常包括这几个部分:程序计数器(Program Counter Register)、Java栈(VM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)、方法区(Method Area)、堆(Heap)。

  如上图所示,JVM中的运行时数据区应该包括这些部分。在JVM规范中虽然规定了程序在执行期间运行时数据区应该包括这几部分,但是至于具体如何实现并没有做出规定,不同的虚拟机厂商可以有不同的实现方式。

二.运行时数据区的每部分到底存储了哪些数据?

  下面我们来了解一下运行时数据区的每部分具体用来存储程序执行过程中的哪些数据。

1.程序计数器

  程序计数器(Program Counter Register),也有称作为PC寄存器。想必学过汇编语言的朋友对程序计数器这个概念并不陌生,在汇编语言中,程序计数器是指CPU中的寄存器,它保存的是程序当前执行的指令的地址(也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址),当CPU需要执行指令时,需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址,然后根据得到的地址获取到指令,在得到指令之后,程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址,如此循环,直至执行完所有的指令。

  虽然JVM中的程序计数器并不像汇编语言中的程序计数器一样是物理概念上的CPU寄存器,但是JVM中的程序计数器的功能跟汇编语言中的程序计数器的功能在逻辑上是等同的,也就是说是用来指示 执行哪条指令的。

  由于在JVM中,多线程是通过线程轮流切换来获得CPU执行时间的,因此,在任一具体时刻,一个CPU的内核只会执行一条线程中的指令,因此,为了能够使得每个线程都在线程切换后能够恢复在切换之前的程序执行位置,每个线程都需要有自己独立的程序计数器,并且不能互相被干扰,否则就会影响到程序的正常执行次序。因此,可以这么说,程序计数器是每个线程所私有的。

  在JVM规范中规定,如果线程执行的是非native方法,则程序计数器中保存的是当前需要执行的指令的地址;如果线程执行的是native方法,则程序计数器中的值是undefined。

  由于程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变,因此,对于程序计数器是不会发生内存溢出现象(OutOfMemory)的。

2.Java栈

  Java栈也称作虚拟机栈(Java Vitual Machine Stack),也就是我们常常所说的栈,跟C语言的数据段中的栈类似。事实上,Java栈是Java方法执行的内存模型。为什么这么说呢?下面就来解释一下其中的原因。

  Java栈中存放的是一个个的栈帧,每个栈帧对应一个被调用的方法,在栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向当前方法所属的类的运行时常量池(运行时常量池的概念在方法区部分会谈到)的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些额外的附加信息。当线程执行一个方法时,就会随之创建一个对应的栈帧,并将建立的栈帧压栈。当方法执行完毕之后,便会将栈帧出栈。因此可知,线程当前执行的方法所对应的栈帧必定位于Java栈的顶部。讲到这里,大家就应该会明白为什么 在 使用 递归方法的时候容易导致栈内存溢出的现象了以及为什么栈区的空间不用程序员去管理了(当然在Java中,程序员基本不用关系到内存分配和释放的事情,因为Java有自己的垃圾回收机制),这部分空间的分配和释放都是由系统自动实施的。对于所有的程序设计语言来说,栈这部分空间对程序员来说是不透明的。下图表示了一个Java栈的模型:

  局部变量表,顾名思义,想必不用解释大家应该明白它的作用了吧。就是用来存储方法中的局部变量(包括在方法中声明的非静态变量以及函数形参)。对于基本数据类型的变量,则直接存储它的值,对于引用类型的变量,则存的是指向对象的引用。局部变量表的大小在编译器就可以确定其大小了,因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。

  操作数栈,想必学过数据结构中的栈的朋友想必对表达式求值问题不会陌生,栈最典型的一个应用就是用来对表达式求值。想想一个线程执行方法的过程中,实际上就是不断执行语句的过程,而归根到底就是进行计算的过程。因此可以这么说,程序中的所有计算过程都是在借助于操作数栈来完成的。

  指向运行时常量池的引用,因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量,所以必须要有一个引用指向运行时常量。

  方法返回地址,当一个方法执行完毕之后,要返回之前调用它的地方,因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

  由于每个线程正在执行的方法可能不同,因此每个线程都会有一个自己的Java栈,互不干扰。

3.本地方法栈

  本地方法栈与Java栈的作用和原理非常相似。区别只不过是Java栈是为执行Java方法服务的,而本地方法栈则是为执行本地方法(Native Method)服务的。在JVM规范中,并没有对本地方发展的具体实现方法以及数据结构作强制规定,虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一。

4.堆

  在C语言中,堆这部分空间是唯一一个程序员可以管理的内存区域。程序员可以通过malloc函数和free函数在堆上申请和释放空间。那么在Java中是怎么样的呢?

  Java中的堆是用来存储对象本身的以及数组(当然,数组引用是存放在Java栈中的)。只不过和C语言中的不同,在Java中,程序员基本不用去关心空间释放的问题,Java的垃圾回收机制会自动进行处理。因此这部分空间也是Java垃圾收集器管理的主要区域。另外,堆是被所有线程共享的,在JVM中只有一个堆。

5.方法区

  方法区在JVM中也是一个非常重要的区域,它与堆一样,是被线程共享的区域。在方法区中,存储了每个类的信息(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。

  在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。

  在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池,它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式,在类和接口被加载到JVM后,对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池,在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中,比如String的intern方法。

  在JVM规范中,没有强制要求方法区必须实现垃圾回收。很多人习惯将方法区称为“永久代”,是因为HotSpot虚拟机以永久代来实现方法区,从而JVM的垃圾收集器可以像管理堆区一样管理这部分区域,从而不需要专门为这部分设计垃圾回收机制。不过自从JDK7之后,Hotspot虚拟机便将运行时常量池从永久代移除了。

  以上为个人看法和观点,如有不正之处希望谅解并欢迎指正。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

(0)

相关推荐

  • 详解JVM 运行时内存使用情况监控

    java 语言, 开发者不能直接控制程序运行内存, 对象的创建都是由类加载器一步步解析, 执行与生成与内存区域中的; 并且jvm有自己的垃圾回收器对内存区域管理, 回收; 但是我们已经可以通过一些工具来在程序运行时查看对应的jvm内存使用情况, 帮助更好的分析与优化我们的代码; 注: 查看系统里java进程信息 // 查看当前机器上所有运行的java进程名称与pid(进程编号) jps -l // 显示指定的jvm进程所有的属性设置和配置参数 jinfo pid 1 . jmap : 内存占用情

  • 深入解析JVM之内存结构及字符串常量池(推荐)

    前言 Java作为一种平台无关性的语言,其主要依靠于Java虚拟机--JVM,我们写好的代码会被编译成class文件,再由JVM进行加载.解析.执行,而JVM有统一的规范,所以我们不需要像C++那样需要程序员自己关注平台,大大方便了我们的开发.另外,能够运行在JVM上的并只有Java,只要能够编译生成合乎规范的class文件的语言都是可以跑在JVM上的.而作为一名Java开发,JVM是我们必须要学习了解的基础,也是通向高级及更高层次的必修课:但JVM的体系非常庞大,且术语非常多,所以初学者对此非

  • JVM内存结构划分实例解析

    这篇文章主要介绍了JVM内存结构划分实例解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 数据区域划分 运行时内存区域划分:程序计数器.虚拟机栈.本地方法栈.堆.方法区 程序计数器 线程私有 通过寄存器实现 不会存在运行溢出 当前线程所执行的行号指示器,记住下一条JVM指令的执行地址 虚拟机栈 垃圾回收不涉及栈内存 栈内存是线程私有的,可以理解为线程运行需要的内存空间 栈由栈帧组成,每个栈帧代表一个方法执行时需要的内存(参数,局部变量,返回地

  • Java内存模型与JVM运行时数据区的区别详解

    首先,这两者是完全不同的概念,绝对不能混为一谈. 1.什么是Java内存模型? Java内存模型是Java语言在多线程并发情况下对于共享变量读写(实际是共享变量对应的内存操作)的规范,主要是为了解决多线程可见性.原子性的问题,解决共享变量的多线程操作冲突问题. 多线程编程的普遍问题是: 所见非所得 无法肉眼检测程序的准确性 不同的运行平台表现不同 错误很难复现 故JVM规范规定了Java虚拟机对多线程内存操作的一些规则,主要集中体现在volatile和synchronized这两个关键字. vo

  • JVM内存结构相关知识解析

    最近在看< JAVA并发编程实践 >这本书,里面涉及到了 Java 内存模型,通过 Java 内存模型顺理成章的来到的 JVM 内存结构,关于 JVM 内存结构的认知还停留在上大学那会的课堂上,一直没有系统的学习这一块的知识,所以这一次我把< 深入理解Java虚拟机JVM高级特性与最佳实践 >.< Java虚拟机规范 Java SE 8版 >这两本书中关于 JVM 内存结构的部分都看了一遍,算是对 JVM 内存结构有了新的认识.JVM 内存结构是指:Java 虚拟机定义

  • JVM对象创建和内存分配原理解析

    创建对象 当 JVM 收到一个 new 指令时,会检查指令中的参数在常量池是否有这个符号的引用,还会检查该类是否已经被加载过了,如果没有的话则要进行一次类加载. 接着就是分配内存了,通常有两种方式: 指针碰撞 空闲列表 使用指针碰撞的前提是堆内存是完全工整的,用过的内存和没用的内存各在一边每次分配的时候只需要将指针向空闲内存一方移动一段和内存大小相等区域即可. 当堆中已经使用的内存和未使用的内存互相交错时,指针碰撞的方式就行不通了,这时就需要采用空闲列表的方式.虚拟机会维护一个空闲的列表,用于记

  • JVM内存分配及String常用方法解析

    一,JVM内存分配和常量池 ​ 在介绍String类之前,先来简单分析一下在JVM中,对内存的使用是如何进行分配的.如下图所示(注意:在jdk1.8之后便没有方法区了): ​ ​ 如上JVM将内存分为多个不同的区域,这些区域都有各自的用途.创建和销毁的时间,有些区域随虚拟机进程的启动而存在,有些区域则是依赖用户线程的启动和结束来建立和销毁. ​ 区域名称的说明: 1.1,方法区: ​ 属于数据共享内存区域,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. 1.2,虚拟机

  • 深入理解JVM之Java对象的创建、内存布局、访问定位详解

    本文实例讲述了深入理解JVM之Java对象的创建.内存布局.访问定位.分享给大家供大家参考,具体如下: 对象的创建 一个简单的创建对象语句Clazz instance = new Clazz();包含的主要过程包括了类加载检查.对象分配内存.并发处理.内存空间初始化.对象设置.执行ini方法等. 主要流程如下: 1. 类加载检查 JVM遇到一条new指令时,首先检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载.解析和初始化过.如果没有,那必须先执

  • JVM内存区域划分相关原理详解

    学过C语言的朋友都知道C编译器在划分内存区域的时候经常将管理的区域划分为数据段和代码段,数据段包括堆.栈以及静态数据区.那么在Java语言当中,内存又是如何划分的呢? 由于Java程序是交由JVM执行的,所以我们在谈Java内存区域划分的时候事实上是指JVM内存区域划分.在讨论JVM内存区域划分之前,先来看一下Java程序具体执行的过程: 如上图所示,首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀),然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,加

  • Javascript数组及类数组相关原理详解

    数组创建方式有两种 1. var arr = [] 2. var arr = new Array() 如果只有一个参数会指定数组的长度,当一个参数时只能是整形,如下例子 var arr = new Array(10) var arr = new Array(10.2) //会报错 var arr = new Array(1, 2, 3) //arr = [1, 2, 3] 数组常用方法 改变原数组 push pop shift unshift sort reverse splice 不改变原数组

  • Python Tornado核心及相关原理详解

    Tornado的核心是什么?Tornado 的核心是 ioloop 和 iostream 这两个模块,前者提供了 一个高效的 I/O 事件循环,后者则封装了 一个无阻塞的 socket . 通过向 ioloop 中添加网络 I/O 事件,利用无阻塞的 socket ,再搭配相应的回调函数,便可达到梦寐以求的高效异步执行. 一.Tornado简介 Tornado全称Tornado Web Server,是一个用Python语言写成的Web服务器兼Web应用框架,由FriendFeed公司在自己的网

  • Java虚拟机内存区域划分详解

    在谈 JVM 内存区域划分之前,我们先来看一下 Java 程序的具体执行过程,我画了一幅图. Java 源代码文件经过编译器编译后生成字节码文件,然后交给 JVM 的类加载器,加载完毕后,交给执行引擎执行.在整个执行的过程中,JVM 会用一块空间来存储程序执行期间需要用到的数据,这块空间一般被称为运行时数据区,也就是常说的 JVM 内存. 所以,当我们在谈 JVM 内存区域划分的时候,其实谈的就是这块空间--运行时数据区. 大家应该对官方出品的<Java 虚拟机规范>有所了解吧?了解这个规范可

  • 详解C/C++内存区域划分(简而易懂)

    C语言在内存中一共分为如下几个区域,分别是: 1. 内存栈区: 存放局部变量名: 2. 内存堆区: 存放new或者malloc出来的对象: 3. 常数区: 存放局部变量或者全局变量的值: 4. 静态区: 用于存放全局变量或者静态变量: 5. 代码区:二进制代码. 知道如上一些内存分配机制,有助于我们理解指针的概念. C/C++不提供垃圾回收机制,因此需要对堆中的数据进行及时销毁,防止内存泄漏,使用free和delete销毁new和malloc申请的堆内存,而栈内存是动态释放. C/C++内存区域

  • java为什么需要虚拟机jvm原理详解

    目录 JVM的快速理解 曾几何时,我们还是初识Hello World的时候,我们哪曾知道,Java这门神奇的语言,在执行我们的代码的时候,不是直接将我们所编写的Java代码交付给操作系统底层进行解析编译,而是采用了JDK来对Java代码进行编译,编译成dotClass文件后,将dotClass文件转交至JRE中.(dotClass其实就是.class) jre也就是JavaRunTimeEnvironment,java运行环境,因为在这里,存在着Java的秘密武器,也就是JVM!Jvm是组成JR

  • Java并发编程深入理解之Synchronized的使用及底层原理详解 下

    目录 一.synchronized锁优化 1.自旋锁与自适应自旋 2.锁消除 逃逸分析: 3.锁粗化 二.对象头内存布局 三.synchronized锁的膨胀升级过程 1.偏向锁 2.轻量级锁 3.重量级锁 4.各种锁的优缺点 接着上文<Java并发编程深入理解之Synchronized的使用及底层原理详解 上>继续介绍synchronized 一.synchronized锁优化 高效并发是从JDK 5升级到JDK 6后一项重要的改进项,HotSpot虚拟机开发团队在这个版本上花费了大量的资源

  • Java NIO Buffer实现原理详解

    目录 1.Buffer的继承体系 2.Buffer的操作API使用案例 3.Buffer的基本原理 4.allocate方法初始化一个指定容量大小的缓冲区 5.slice方法缓冲区分片 6.只读缓冲区 7.直接缓冲区 8.内存映射 1.Buffer的继承体系 如上图所示,对于Java中的所有基本类型,都会有一个具体的Buffer类型与之对应,一般我们最经常使用的是ByteBuffer. 2.Buffer的操作API使用案例 举一个IntBuffer的使用案例: /** * @author csp

  • 浅谈Java内存区域划分和内存分配策略

    如果不知道,类的静态变量存储在那? 方法的局部变量存储在那? 赶快收藏 Java内存区域主要可以分为共享内存,堆.方法区和线程私有内存,虚拟机栈.本地方法栈和程序计数器.如下图所示,本文将详细讲述各个区域,同时也会讲述创建对象过程,内存分配策略, 和对象访问定位原理.觉得写得好的,可以点个收藏,绝对不亏. Java内存区域 程序计数器 程序计数器,可以看作程序当前线程所执行的字节码行号指示器.字节码解释器工作时就是通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支.循环.跳转.异常处理都需

随机推荐