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  • Java 运行时数据区

    2020-01-05 18:57:30
    1. HotSpot JVM 最上层:javac 编译器将编译好的字节码class文件,通过java类加载机制,把对象或class文件存放在jvm划分内存区域 ...2. Java 运行时数据区 2.1 程序计数器 程序计数器是一块比...

    1. HotSpot JVM

    在这里插入图片描述

    • 最上层:javac 编译器将编译好的字节码class文件,通过java类加载机制,把对象或class文件存放在jvm划分内存区域
    • 中间层:运行时数据区域
    • 底层:执行引擎(包含模块 JIT(Just in time) 即时编译器 + GC(Garbage Colletctor) 垃圾回收器)

    2. Java 运行时数据区

    在这里插入图片描述

    2.1 程序计数器

    • 程序计数器是一块比较小的内存空间作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
    • 程序计数器是线程私有的,因为 Java 虚拟机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的,在任何一个确定的时刻,一个处理器只会执行一条线程中的指令,因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器。
    • 如果线程正在执行的是一个 Java 方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址
    • 如果线程正在执行的是 Native 方法,这个计数器值为空(Undefined)
    • 是内存区域中唯一一个在 Java 虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

    2.2 Java虚拟机栈

    • Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的。
    • 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型
      • 每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stacks Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态连接、方法出口等信息。
      • 每个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈从入栈到出栈的过程。
    • 这个区域有两个异常
      • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出 StackOverflowError异常。
      • 如果虚拟机栈可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

    2.3 本地方法栈

    • 本地方法栈(Native Method Stacks)也是线程私有的。
    • 作用与虚拟机栈类似,是为虚拟机使用到的 Native 方法服务
    • 也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

    2.4 Java 堆

    • Java 堆(Java Heap)是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,是线程共享的,在虚拟机启动时创建。
    • 此内存区域的唯一目的是为了存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
    • Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域。
    • 从内存回收的角度看,由于现在收集器基本都是采用分代收集算法,所以 Java 堆中还可以细分为:新生代和老生代。
    • 如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

    2.5 方法区

    • 方法区(Method Area)是线程共享的内存区域。
    • 此内存区域的作用是存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据
    • Java 虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松,除了和 Java 堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。
    • 当方法区无法满足内存分配需求时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

    2.6 运行时常量池

    • 运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分
    • Class 文件中的常量池信息在类加载后将会存放到方法区的运行时常量池中,一般来说,还会将翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
    • 运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java 语言并不要求常量一定只能在编译期产生,也就是并非预置入 Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用得比较多的便是 String 类的 intern() 方法
    • 作为方法区的一部分,自然也会受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存是会抛出 OutOfMemoryError 异常。
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  • java运行时数据区

    2020-05-21 22:18:53
    java运行时数据区 每个线程都有PC/VMS/NMS,这些都是私有的,只有堆和方法区是公共的。 Runtime Data Area PC 程序计数器 存放指令位置 虚拟机的运行,类似于这样的循环: while( not end ) { ​ ...

    java运行时数据区

     

     

     

    每个线程都有PC/VMS/NMS,这些都是私有的,只有堆和方法区是公共的。

    Runtime Data Area

    PC 程序计数器

    存放指令位置

    虚拟机的运行,类似于这样的循环:

    while( not end ) {

    ​ 取PC中的位置,找到对应位置的指令;

    ​ 执行该指令;

    ​ PC ++;

    }

    JVM Stack

    1. Frame - 每个方法对应一个栈帧
      1. Local Variable Table
      2. Operand Stack
        对于long的处理(store and load),多数虚拟机的实现都是原子的
        jls 17.7,没必要加volatile
      3. Dynamic Linking
        https://blog.csdn.net/qq_41813060/article/details/88379473
        jvms 2.6.3
      4. return address
        a() -> b(),方法a调用了方法b, b方法的返回值放在什么地方

    Heap

    Method Area

    1. Perm Space (<1.8)
      字符串常量位于PermSpace
      FGC不会清理
      大小启动的时候指定,不能变
    2. Meta Space (>=1.8)
      字符串常量位于堆
      会触发FGC清理
      不设定的话,最大就是物理内存

    Runtime Constant Pool

    Native Method Stack

    Direct Memory

    JVM可以直接访问的内核空间的内存 (OS 管理的内存)

    NIO , 提高效率,实现zero copy

    思考:

    如何证明1.7字符串常量位于Perm,而1.8位于Heap?

    提示:结合GC, 一直创建字符串常量,观察堆,和Metaspace

     

     

    常用指令集(注意:只要不是static方法局部变量表都会有this)

     

     

     

    在jvm中,在main中调用方法 会出现main栈帧与方法栈帧

     

    store

    load

    pop

    mul

    sub

    invoke

    1. InvokeStatic
    2. InvokeVirtual
    3. InvokeInterface
    4. InovkeSpecial
      可以直接定位,不需要多态的方法
      private 方法 , 构造方法
    5. InvokeDynamic
      JVM最难的指令
      lambda表达式或者反射或者其他动态语言scala kotlin,或者CGLib ASM,动态产生的class,会用到的指令

     

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  • Java运行时数据区

    2020-01-05 18:07:10
    Java虚拟机定义了在程序运行期间使用的各种运行时数据区(run-time data areas)。其中一些数据区(堆、方法区)随虚拟机启动而创建,仅虚拟机关闭时才销毁。其余区域(栈)是线程私有的,随线程启动而创建,随线程退出而...

    Java内存区域

    Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙,墙外面的人想进去,墙里面的人却想出来。

    — 深入理解Java虚拟机

    Java虚拟机定义了在程序运行期间使用的各种运行时数据区(run-time data areas)。其中一些数据区(方法区)随虚拟机启动而创建,虚拟机关闭时才销毁。其余区域()是线程私有的,随线程启动而创建,随线程退出而销毁。根据Java虚拟机规范规定,Java虚拟机包含下图所示五个区域

    在这里插入图片描述

    程序计数器

    程序计数器是一块较小的线程私有内存空间,我猜测1kb以内(虚拟机规范中说程序计数器具有保存返回地址本地指针的宽度),它可以看做是当前线程所执行的字节码行号指示器。
    如果线程正在执行的是非native方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;如果执行的是native方法,则计数器值为空(undefined)。此区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

    Java虚拟机栈

    每一个线程都有一个私有的Java虚拟机栈,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内模型:每个方法执行的时候,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧(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。每一个方法被调用直至执行结束的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

    public static void main(String[] args){
    	save();
    }
    

    上面代码执行时,main方法对应栈帧先进入Java虚拟机栈,而后save方法对应的栈帧压入Java虚拟机栈帧,save方法执行结束后时,其对应的栈帧出栈,main方法执行结束对应着main方法栈帧出栈。
    在这里插入图片描述
    C++中内存分为堆内存(Heap)和内存(Stack)。映射到Java中,栈内存通常就是这里介绍的虚拟机栈,或者更多情况下指的是虚拟机栈中的局部变量表部分。
    局部变量表存放了编译期可知的各种Java基本数据类型(byte、short、int、long、float、double、boolean、char)、对象引用(reference类型,它可能指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。
    局部变量表以变量槽Slot为单位,在编译期完成所需内存空间大小(Slot数量)。

    • StackOverflowError
      线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度,将抛出StackOverflowError
    • OutOfMemoryError
      如果Java虚拟机的栈容量可以动态扩展(HotSpot无法进行扩展,因此不会因为扩展而导致OOM,但如果申请时就失败,依然会出现OOM),当扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError

    点击查看栈内存溢出实战

    本地方法栈

    与Java虚拟机栈发挥作用非常相似,区别是Java虚拟机栈执行的是Java方法(字节码),而本地方法栈则执行的是本地(native)方法。
    HotSpot将Java虚拟机栈和本地方法栈合二为一。

    Java堆

    The Java Virtual Machine has a heap that is shared among all Java Virtual Machine threads. The heap is the run-time data area from which memory for all class instances and arrays is allocated.

    Java Virtual Machine Specification

    Java堆是虚拟机管理内存中最大的一块,由所有线程共享使用,随虚拟机启动而创建。此内存区域唯一的目的是存放对象实例,Java中几乎所有对象实例都在此分配内存。
    Java堆是垃圾收集器管理的内存区域,也称作GC 堆
    从内存回收角度看,HotSpot分代收集器(G1及之前)为例,堆内存被分为新生代老年的,默认比例为1:2,可以通过参数-XX:NewRatio=ratio(默认2)来指定。

    在这里插入图片描述

    新生代被分为Eden SpaceFrom Survivor SpaceTo Survivor Space,其中两个幸存者区域大小相等,默认情况下伊甸区与幸存区比例为8:1,可以通过参数-XX:SurvivorRatio=ratio(默认8)来指定。


    在这里插入图片描述

    随着ZGC登场,HotSpot的分代回收被打破,它是一个不分代的垃圾回收器,是当前最新的垃圾回收器。
    Java堆大小可以通过-Xmx和-Xms参数设定,如果Java堆中没有内存完成新实例分配,且无法再扩展(通过-Xmx指定了上限或受限于物理内存),会抛出OutOfMemoryError异常。

    点击查看堆内存溢出实战

    方法区

    方法区与Java堆一样,由所有线程共享使用,随虚拟机启动而创建。方法区类似于传统语言编译后代码的存储区域或操作系统进程中的文本段(“text” segment)。它存储每个类的结构,如运行时常量池、字段和方法数据,以及方法和构造函数的代码。

    • 永久代
      永久代(Permanent Gemeration)是一个只存在于HotSpot虚拟机上的概念,永久代功能类似于方法区,可以通过-XX:MaxPermSize设置其大小。永久代在JDK 8时被彻底移除,由元空间代替,JDK 8依然接收-XX:MaxPermSize参数,但是会忽略此参数,并给出一个警告。
    • 元空间
      元空间(Metaspace)是在JDK 8(针对HotSpot VM)上新加的一个区域,用于取代之前版本的永久代,可以认为是JDK 8版本后的方法区实现。
      在JDK7时,完成永久代中字符串常量池静态变量等本地内存实现,JDK 8时完成全部永久代迁移至元空间,彻底废弃永久代概念。
    • 垃圾回收
      方法区垃圾回收的目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。
    • 运行时常量池
      运行时常量池(Run-Time 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、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池表(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。

    点击查看方法区溢出实战

    直接内存

    直接内存(Direct Memory)并不是虚拟运行时区域的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存也被频繁使用,而且也会导致OOM。
    在JDK 1.4中加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于管道与缓冲区的I/O方式,它可以使用native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象作为对这块内存的引用进行操作。这样在一些场景中能显著提升性能,因为避免了在Java堆和Native内存间来回复制数据。
    此内存不受Java堆大小限制,经常被忽略掉而导致内存溢出。

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  • JAVA运行时数据区

    2018-01-15 16:51:28
    JAVA运行时数据区分为5个区域: 1)方法:存放类的类型信息。类型信息包括静态变量和方法信息,方法信息中包含类的所有方法的字节码。 2)堆:存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的Class类的对象。 ...

     JAVA运行时数据区分为5个区域:

    1)方法区:存放类的类型信息。类型信息包括静态变量和方法信息,方法信息中包含类的所有方法的字节码。

    2)堆:存储的全部是对象,每个对象都包含一个与之对应的Class类的对象。

    3)(虚拟机)栈:保存线程的运行状态。包括局部变量表,操作数栈和栈帧信息。

            局部变量表存放方法参数和局部变量。

            操作数栈是线程的工作区,用来存放运行过程中生成的临时数据。

            栈帧信息为线程执行指令提供相关的信息,包括如何定位到位于堆区和方法区的特定数据,以及如何正常退出方法或者异常中断方法。

    4)本地方法栈

    5)程序计数器:也叫PC寄存器,指向方法区中下一条要执行的字节码指令。

    进程中的每个线程都有独立的程序计数器和方法调用栈。


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