Java虚拟机详解02----JVM内存结构
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主要內(nèi)容如下：
- JVM啟動(dòng)流程
- JVM基本結(jié)構(gòu)
- 內(nèi)存模型
- 編譯和解釋運(yùn)行的概念
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一、JVM啟動(dòng)流程：
JVM啟動(dòng)時(shí)，是由java命令/javaw命令來啟動(dòng)的。
二、JVM基本結(jié)構(gòu)：
JVM基本結(jié)構(gòu)圖：
《深入理解Java虛擬機(jī)（第二版）》中的描述是下面這個(gè)樣子的：
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Java中的內(nèi)存分配：
Java程序在運(yùn)行時(shí)，需要在內(nèi)存中的分配空間。為了提高運(yùn)算效率，就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了不同空間的劃分，因?yàn)槊恳黄瑓^(qū)域都有特定的處理數(shù)據(jù)方式和內(nèi)存管理方式。
具體劃分為如下5個(gè)內(nèi)存空間：（非常重要）
- 棧：存放局部變量
- 堆：存放所有new出來的東西
- 方法區(qū)：被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)常量等。
- 程序計(jì)數(shù)器(和系統(tǒng)相關(guān))
- 本地方法棧
1、程序計(jì)數(shù)器:
每個(gè)線程擁有一個(gè)PC寄存器
在線程創(chuàng)建時(shí)創(chuàng)建
指向下一條指令的地址
執(zhí)行本地方法時(shí)，PC的值為undefined
2、方法區(qū):?
保存裝載的類信息
類型的常量池
字段，方法信息
方法字節(jié)碼
通常和永久區(qū)(Perm)關(guān)聯(lián)在一起
3、堆內(nèi)存:
和程序開發(fā)密切相關(guān)
應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)象都保存在Java堆中
所有線程共享Java堆
對(duì)分代GC來說，堆也是分代的
GC管理的主要區(qū)域
現(xiàn)在的GC基本都采用分代收集算法，如果是分代的，那么堆也是分代的。如果堆是分代的，那堆空間應(yīng)該是下面這個(gè)樣子：
上圖是堆的基本結(jié)構(gòu)，在之后的文章中再進(jìn)行詳解。
4、棧內(nèi)存：
- 線程私有，生命周期和線程相同
- 棧由一系列幀組成（因此Java棧也叫做幀棧）
- 幀保存一個(gè)方法的局部變量、操作數(shù)棧、常量池指針
- 每一次方法調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)幀，并壓棧
解釋：
Java虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被調(diào)用的時(shí)候都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)中從入棧到出棧的過程。
在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常情況：
??? （1）如果線程請(qǐng)求的棧深度太深，超出了虛擬機(jī)所允許的深度，就會(huì)出現(xiàn)StackOverFlowError（比如無限遞歸。因?yàn)槊恳粚訔颊加靡欢臻g，而 Xss 規(guī)定了棧的最大空間，超出這個(gè)值就會(huì)報(bào)錯(cuò)）
??? （2）虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，如果擴(kuò)展到無法申請(qǐng)足夠的內(nèi)存空間，會(huì)出現(xiàn)OOM
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4.1? Java棧之局部變量表：包含參數(shù)和局部變量
??? 局部變量表存放了基本數(shù)據(jù)類型、對(duì)象引用和returnAddress類型（指向一條字節(jié)碼指令的地址）。其中64位長(zhǎng)度的long和double類型的數(shù)據(jù)會(huì)占用2個(gè)局部變量空間（slot），其余數(shù)據(jù)類型只占用1個(gè)。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配。
例如，我寫出下面這段代碼：
1 package test03; 2 3 /** 4 * Created by smyhvae on 2015/8/15. 5 */ 6 public class StackDemo { 7 8 //靜態(tài)方法 9 public static int runStatic(int i, long l, float f, Object o, byte b) { 10 return 0; 11 } 12 13 //實(shí)例方法 14 public int runInstance(char c, short s, boolean b) { 15 return 0; 16 } 17 18 }?
上方代碼中，靜態(tài)方法有6個(gè)形參，實(shí)例方法有3個(gè)形參。其對(duì)應(yīng)的局部變量表如下：
上方表格中，靜態(tài)方法和實(shí)例方法對(duì)應(yīng)的局部變量表基本類似。但有以下區(qū)別：實(shí)例方法的表中，第一個(gè)位置存放的是當(dāng)前對(duì)象的引用。
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4、2? Java棧之函數(shù)調(diào)用組成棧幀：
方法每次被調(diào)用的時(shí)候都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，例如下面這個(gè)方法：
public static int runStatic(int i,long l,float f,Object o ,byte b){return runStatic(i,l,f,o,b); }?
當(dāng)它每次被調(diào)用的時(shí)候，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)幀，方法調(diào)用結(jié)束后，幀出棧。如下圖所示：
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4.3? Java棧之操作數(shù)棧
Java沒有寄存器，所有參數(shù)傳遞都是使用操作數(shù)棧
例如下面這段代碼：
public static int add(int a,int b){int c=0;c=a+b;return c;}?
壓棧的步驟如下：
0:?? iconst_0 // 0壓棧
1:?? istore_2 // 彈出int，存放于局部變量2
2:?? iload_0? // 把局部變量0壓棧
3:?? iload_1 // 局部變量1壓棧
4:?? iadd????? //彈出2個(gè)變量，求和，結(jié)果壓棧
5:?? istore_2 //彈出結(jié)果，放于局部變量2
6:?? iload_2? //局部變量2壓棧
7:?? ireturn?? //返回
如果計(jì)算100+98的值，那么操作數(shù)棧的變化如下圖所示：
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4.4? Java棧之棧上分配：
小對(duì)象（一般幾十個(gè)bytes），在沒有逃逸的情況下，可以直接分配在棧上
直接分配在棧上，可以自動(dòng)回收，減輕GC壓力
大對(duì)象或者逃逸對(duì)象無法棧上分配
棧、堆、方法區(qū)交互：
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三、內(nèi)存模型：
每一個(gè)線程有一個(gè)工作內(nèi)存。工作內(nèi)存和主存獨(dú)立。工作內(nèi)存存放主存中變量的值的拷貝。
當(dāng)數(shù)據(jù)從主內(nèi)存復(fù)制到工作存儲(chǔ)時(shí)，必須出現(xiàn)兩個(gè)動(dòng)作：第一，由主內(nèi)存執(zhí)行的讀（read）操作；第二，由工作內(nèi)存執(zhí)行的相應(yīng)的load操作；當(dāng)數(shù)據(jù)從工作內(nèi)存拷貝到主內(nèi)存時(shí)，也出現(xiàn)兩個(gè)操作：第一個(gè)，由工作內(nèi)存執(zhí)行的存儲(chǔ)（store）操作；第二，由主內(nèi)存執(zhí)行的相應(yīng)的寫（write）操作。
每一個(gè)操作都是原子的，即執(zhí)行期間不會(huì)被中斷
對(duì)于普通變量，一個(gè)線程中更新的值，不能馬上反應(yīng)在其他變量中。如果需要在其他線程中立即可見，需要使用volatile關(guān)鍵字作為標(biāo)識(shí)。
1、可見性：
一個(gè)線程修改了變量，其他線程可以立即知道
保證可見性的方法：
volatile
synchronized （unlock之前，寫變量值回主存）
final(一旦初始化完成，其他線程就可見)
2、有序性：
在本線程內(nèi)，操作都是有序的
在線程外觀察，操作都是無序的。（指令重排 或 主內(nèi)存同步延時(shí)）
3、指令重排：
指令重排：破壞了線程間的有序性：
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指令重排：保證有序性的方法：
指令重排的基本原則：
程序順序原則：一個(gè)線程內(nèi)保證語義的串行性
volatile規(guī)則：volatile變量的寫，先發(fā)生于讀
鎖規(guī)則：解鎖(unlock)必然發(fā)生在隨后的加鎖(lock)前
傳遞性：A先于B，B先于C 那么A必然先于C
線程的start方法先于它的每一個(gè)動(dòng)作
線程的所有操作先于線程的終結(jié)（Thread.join()）
線程的中斷（interrupt()）先于被中斷線程的代碼
對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束先于finalize()方法
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四、解釋運(yùn)行和編譯運(yùn)行的概念：
解釋運(yùn)行：
解釋執(zhí)行以解釋方式運(yùn)行字節(jié)碼
解釋執(zhí)行的意思是：讀一句執(zhí)行一句
編譯運(yùn)行（JIT）：
將字節(jié)碼編譯成機(jī)器碼
直接執(zhí)行機(jī)器碼
運(yùn)行時(shí)編譯
編譯后性能有數(shù)量級(jí)的提升
編譯運(yùn)行的性能優(yōu)于解釋運(yùn)行。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java虚拟机详解02----JVM内存结构的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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