JVM内存模型

概览

java虚拟机(以下简称JVM)多种多样,其中都必须遵循《java虚拟机规范》的要求,本篇文章只讨论hotspot(SE7).
JVM在运行程序时,会把内存划分为几个不同的区域,以方便线程的切换,GC,内存的高效利用等,java运行时数据区域示意图如下:

运行时数据区域示意图.png

其中方法区为线程共享的区域

程序计数器

首先了解一下.class文件结构:
当我们使用javac命令将.java文件编译为.class文件之时,编译器将类的各项信息按照《java虚拟机规范》中的规范一次写入.class文件,其中包括ava版本信息,包名,类信息,字段信息,方法信息等。其中方法块内容将被编译成为可被JVM识别的一条条字节码指令
JVM执行某一方法时,加载.class文件之后,JVM的字节码解释器读取文件中的操作指令(一条指令包含操作码与操作数),读取一条执行一条,在多线程任务不断切换中,如何才能记录下各个线程的切换前的某一方法执行的进度呢?程序计数器就是为此而生,用来记录正在执行的JVM的字节码的指令地址。由于它记录的是某一条线程的执行进度,故他也是线程独享的。

虚拟机栈

此部分即我们经常提起的java堆栈中的。他的生性周期与线程相同,虚拟机中存储是以栈帧为单位的,栈帧是虚拟机栈的的元素,在JVM执行一新的方法时,JVM会创建一个栈帧,该栈帧入栈,方法执行结束后,该栈帧出。
栈帧用来存储线程执行过程时方法中的局部变量表,操作数栈,方法出口等其他信息。
局部变量表即是我们经常讨论的部分,他存储了基础类型(int,double,boolean等),对象引用(不是对象本身,而是一个对象的内存地址)和returnAddress地址(前面提到的字节码指令的地址)。
如图所示:

线程,虚拟机栈,栈帧

本地方法栈

虚拟机栈类似,区别在于它用来在虚拟机执行Native方法时使用

java开发中经常提及的,JVM运行时数据区域中最大的一块,它的唯一作用就是存放实例化后的对象以及数组。同时也是GC的主要区域。虚拟机栈中存储了堆中对象的指针地址。
GC垃圾回收采用分代的思想来管理内存,在内存回收的角度来看,堆分为老年代新生代
新生代是指新创建的对象,老年代是指存活时间比较长,经过多轮GC任然存活的对象。
老年代,新生代
先介绍一下两种GC类型:
新生代GC(Minor GC):指发生在新生代的垃圾回收,因为java中大多数的java对象存活时间都不会很长,具备朝生夕灭的特点,所以Minor GC的回收速度特别快,也特别频繁。
老年代GC(Major GC/Full GC):指发生带老年代的GC,大多数情况下会伴随发生至少一次的新生代GC(Minor GC),由于使用不同的垃圾回收算法,故而回收速度非常慢。
(关于GC的算法以及常见垃圾回收器,将在另一篇文章中讲解)

新生代是如何晋升为老年代呢?

参照上图:
Survivor分为两个区域,被称为S0S1,两个区域总有一个是空闲的。

步骤如下:

  • 新出生的对象优先存活在Eden区域(Eden不够时,发起一次Minor GC),java在每个对象创建时,为每个对象定义了一个年龄计数器,用于标记一个对象的存活时间。

  • 第一次Minor GC新生代GC发生之后,如果该对象仍然存活,他的年龄+1,并将它从Eden移至Survivor中de S0区域(这时EdenS1区域为空)。

*当再次发生 Minor GC时,此时回收的区域为EdenS0区域,此时S0区域没有被回收的对象年龄+1。此时重点来了!S0对象有两个去处,如果达到最大年龄(默认15)的对象直接移动到老年代中,没有到达年龄的对象的对象全部移至S1区域,S0清空;而Eden和上一步骤同样,存活对象移至S1如下图:

image.png

此次GC完成之后,S0Eden为空 如下图

image.png

此后,

再次发生GC之后,EdenS1发生回收,将对象移至S0中,完成之后,EdenS1为空;

再次发生GC之后,EdenS0发生回收,将对象移至S1中,完成之后,EdenS0为空;

依此循环,直至年龄达到一定程度(默认15),对象进入老年代。

年龄最大值默认为15, 可以通过参数 -XX MaxTenuringThreshold 设置

方法区

方法区
他存储的是已经被JVM加载的类信息,常量池,静态变量,JVM即使编译器等数据,同样也是线程共享区域。他经常被看成是的逻辑部分,为了方便这部分内存管理,JVM将垃圾回收范围扩展至方法区,在GC中被称为永久区(上图中的Permanent),故而他经常被称为非堆,与java堆进行区分。
GC对此部分的回收主要集中在对常量池的回收以及类型的卸载。

常量池

常量池是方法区的一部分,用于存放由javac编译时生成的.class文件中的常量(例如:包名,类名,方法名,字段名,String字符串等,如下图)。

class文件中字节码常量类型

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