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  • JVM的内存结构和各个内存区域的作用,对于理解Java内存机制、工作原理有着较大帮助。首先看一下《深入理解Java虚拟机(第二版)》给出的JVM内存结构图: 1.JVM结构分析 程序计数器: 当执行一指令时,首先需要...

           JVM的内存结构和各个内存区域的作用,对于理解Java内存机制、工作原理有着较大帮助。首先看一下《深入理解Java虚拟机(第二版)》给出的JVM内存结构图:

                                            
    1.JVM结构分析

    程序计数器:

           当执行一条指令时,首先需要根据程序计数器(PC)中存放的指令地址,将指令由内存取到指令寄存器中,此过程称为“取指令”。与此同时,PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令,执行指令。完成第一条指令的执行,而后根据PC取出第二条指令的地址,如此循环,执行每一条指令。

           程序计数器是一块较小的内存空间,它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型,各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现),字节码解释器工作时就是通过改变这个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、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。每个线程都拥有一个属于本线程的PC寄存器,当线程执行某个java方法时,PC寄存器的内容总是下一条被执行指令的”地址”,这里的”地址”可以是一个本地指针,也可以是在方法字节码中相对于该方法起始指令的偏移量。如果该线程正在执行一个本地方法,那么PC寄存器的值是”Undefined”。

    方法区

           方法区(Method Area)是用于存储类结构信息的地方,包括常量池、静态变量、构造函数等类型信息,类型信息是由类加载器在类加载时从类文件中提取出来的。方法区中的常量池,包含着一些常量和符号引用(加载类的连接阶段中的解析过程会将符号引用转换为直接引用),方法区是线程共享的。

    堆:

           堆(heap)是存储java实例或者对象的地方,是GC的主要区域,同样是线程共享的内存区域。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,Java的垃圾收集器会自动收走这些不在实用的数据。堆的缺点是由于运行时要动态分配内存,存取速度慢。

    虚拟机栈:

           虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)和线程是紧密联系的,每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈。其生命周期和线程相同,其由一系列帧组成,每个帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、动态链接和返回地址。当我们每调用一个方法,都会创建一个栈帧,并压栈。每一个方法从调用到最终返回结果的过程,就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。栈的优势是存取速度比堆要快。栈的缺点是存在栈的数据大小和生存期必须是确定的,缺乏灵活性。

    本地方法栈

          本地方法栈和虚拟机栈的作用相似,不过虚拟机栈是为用户服务的,而本地方法栈是为Java底层(即jvm本身,jvm调用的native方法)方法服务的。

           这里对虚拟机栈和本地方法栈的区别做进一步说明:本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。我们在进行理解时,同意记为栈即可。
    2.结合代码作进一步说明

    首先看代码:

        public class MemoryStructureTest { // 运行时jvm会把该类的代码放入方法区
            
            public static String str = "abc";// 此静态变量存于方法区的常量池
            
            public static void main(String[] args) {
                String string = new String("abc");// “string”即变量名放入栈,"abc"即值放入堆
                System.out.println(string);
            }
        }

    具体内存分配请看代码注释。关于jvm为什么要这样分配,读者在阅读第一部分的关于堆栈的优势和劣势后,结果可想而知了。

    特殊说明:

          基本类型,即定义是通过诸如int a = 3; long b = 255L;的形式来定义的,称为自动变量。自动变量存的是字面值,不是类的实例,即不是类的引用,这里并没有类的存在 。如int a = 3; 这里的a是一个指向int类型的引用,指向3这个字面值。这些字面值的数据,由于大小可知,生存期可知(这些字面值固定定义在某个程序块里面,程序块退出后,字段值就消失了),出于追求速度的原因,就直接存在于栈中。  
    ————————————————
    版权声明:本文为CSDN博主「超级战斗王」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
    原文链接:https://blog.csdn.net/m0_38075425/article/details/81632258

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  • JVM原理内存机制

    2018-09-12 17:19:00
    程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它的作用可以看 做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型, 各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现),...

    JVM的逻辑内存模型如下:

     

     

     我们现在来逐个的看下每个到底是做什么的!

    1、程序计数器

    程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它的作用可以看

    做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型,

    各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现),字节码解释器工作时就是通过改变

    这个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、

    线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

    由于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(对于多核处理器来说是一个内核)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,各条线程之间的计数器互不影响,独立存储,我们称这类内

    存区域为“线程私有”的内存。

    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;如果正在执行的是Natvie 方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此

    内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

    2、Java 虚拟机栈

    与程序计数器一样,Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,

    它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java 方法执行的内存模型:每个方法被执

    行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame ①)用于存储局部变量表、操作栈、动态

    链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在

    虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

    经常有人把Java 内存区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),这种分法比较粗

    糙,Java 内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序

    员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”在后

    面会专门讲述,而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈,或者说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基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、

    float、long、double)、对象引用(reference 类型,它不等同于对象本身,根据不同的虚拟

    机实现,它可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能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)。

    其中64 位长度的long 和double 类型的数据会占用2 个局部变量空间(Slot),其余

    的数据类型只占用1 个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个

    方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间

    不会改变局部变量表的大小。

    在Java 虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况: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

    (当前大部分的Java 虚拟机都可动态扩展,只不过Java 虚拟机规范中也允许固定长度的

    虚拟机栈),当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。

    3、本地方法栈

    本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其

    区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则

    是为虚拟机使用到的Native 方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语

    言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至

    有的虚拟机(譬如Sun HotSpot 虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

    与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError

    异常。

    4、Java 堆

    对于大多数应用来说,Java 堆(Java Heap)是Java 虚拟机所管理的内存中最大的

    一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的

    唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java 虚

    拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配①,但是随着JIT 编译器

    的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟,栈上分配、标量替换②优化技术将会导致一些微妙

    的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。

    Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称做“GC 堆”(Garbage

    Collected Heap,幸好国内没翻译成“垃圾堆”)。如果从内存回收的角度看,由于现在

    收集器基本都是采用的分代收集算法,所以Java 堆中还可以细分为:新生代和老年代;

    再细致一点的有Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等。如果从内存分配

    的角度看,线程共享的Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local

    Allocation Buffer,TLAB)。不过,无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,

    存储的都仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好地回收内存,或者更快地分配

    内存。在本章中,我们仅仅针对内存区域的作用进行讨论,Java 堆中的上述各个区域的

    分配和回收等细节将会是下一章的主题。

    根据Java 虚拟机规范的规定,Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要

    逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小

    的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx

    和-Xms 控制)。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。

    5、方法区

    方法区(Method Area)与Java 堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存

    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。虽

    然Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-

    Heap(非堆),目的应该是与Java 堆区分开来。

    对于习惯在HotSpot 虚拟机上开发和部署程序的开发者来说,很多人愿意把方法区

    称为“永久代”(Permanent Generation),本质上两者并不等价,仅仅是因为HotSpot 虚

    拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而

    已。对于其他虚拟机(如BEA JRockit、IBM J9 等)来说是不存在永久代的概念的。即

    使是HotSpot 虚拟机本身,根据官方发布的路线图信息,现在也有放弃永久代并“搬家”

    至Native Memory 来实现方法区的规划了。

    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者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。相对而言,垃圾

    收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一

    样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸

    载,一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件

    相当苛刻,但是这部分区域的回收确实是有必要的。在Sun 公司的BUG 列表中,曾出

    现过的若干个严重的BUG 就是由于低版本的HotSpot 虚拟机对此区域未完全回收而导

    致内存泄漏。

    根据Java 虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出

    OutOfMemoryError 异常。

    更多常见的jvm知识点:http://www.importnew.com/23792.html

    转载于:https://www.cnblogs.com/dpan326/p/9636054.html

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  • 【※硬件基础之内存的物理结构和工作原理※】系统收藏  内存也叫主存,是PC系统存放数据与指令的半导体存储器单元,也叫主存储器...我们平常所指的内存条其实就是RAM,其主要的作用是存放各种输入、输出数据和中间计
    【※硬件基础之内存的物理结构和工作原理※】系统收藏
            内存也叫主存,是PC系统存放数据与指令的半导体存储器单元,也叫主存储器(Main Memory),通常分为只读存储器(ROM-Read Only Memory)、随机存储器(RAM-Red Access Memory)和高速缓存存储器(Cache)。我们平常所指的内存条其实就是RAM,其主要的作用是存放各种输入、输出数据和中间计算结果,以及与外部存储器交换信息时做缓冲之用。
    结构1、PCB板
      内存条的PCB板多数都是绿色的。如今的电路板设计都很精密,所以都采用了多层设计,例如4层或6层等,所以PCB板实际上是分层的,其内部也有金属的布线。理论上6层PCB板比4层PCB板的电气性能要好,性能也较稳定,所以名牌内存多采用6层PCB板制造。因为PCB板制造严密,所以从肉眼上较难分辩PCB板是4层或6层,只能借助一些印在PCB板上的符号或标识来断定。
    2、金手指
      黄色的接触点是内存与主板内存槽接触的部分,数据就是靠它们来传输的,通常称为金手指。金手指是铜质导线,使用时间长就可能有氧化的现象,会影响内存的正常工作,易发生无法开机的故障,所以可以隔一年左右时间用橡皮擦清理一下金手指上的氧化物。
    3、内存芯片
      内存的芯片就是内存的灵魂所在,内存的性能、速度、容量都是由内存芯片组成的XP系统之家
    4、内存颗粒空位
           在内存条上你可能常看到这样的空位,这是因为采用的封装模式预留了一片内存芯片为其他采用这种封装模式的内存条使用。这块内存条就是使用9片装PCB,预留ECC校验模块位置。
    5、电容
      PCB板上必不可少的电子元件就是电容和电阻了,这是为了提高电气性能的需要。电容采用贴片式电容,因为内存条的体积较小,不可能使用直立式电容,但这种贴片式电容性能一点不差,它为提高内存条的稳定性起了很大作用。
    6、电阻
      电阻也是采用贴片式设计,一般好的内存条电阻的分布规划也很整齐合理。
    7、内存固定卡缺口
      内存插到主板上后,主板上的内存插槽会有两个夹子牢固的扣住内存,这个缺口便是用于固定内存用的。
    8、内存脚缺口
           内存的脚上的缺口一是用来防止内存插反的(只有一侧有),二是用来区分不同的内存,以前的SDRAM内存条是有两个缺口的,而DDR则只有一个缺口,不能混插。
    9、SPD
      SPD是一个八脚的小芯片,它实际上是一个EEPROM可擦写存贮器,这的容量有256字节,可以写入一点信息,这信息中就可以包括内存的标准工作状态、速度、响应时间等,以协调计算机系统更好的工作。从PC100时代开始,PC100规准中就规定符合PC100标准的内存条必须安装SPD,而且主板也可以从SPD中读取到内存的信息,并按SPD的规定来使内存获得最佳的工作环境。
    内存工作原理1、内存寻址
           首先,内存从CPU获得查找某个数据的指令,然后再找出存取资料的位置时(这个动作称为“寻址”),它先定出横坐标(也就是“列地址”)再定出纵坐标(也就是“行地址”),这就好像在地图上画个十字标记一样,非常准确地定出这个地方。对于电脑系统而言,找出这个地方时还必须确定是否位置正确,因此电脑还必须判读该地址的信号,横坐标有横坐标的信号(也就是RAS信号,Row Address Strobe)纵坐标有纵坐标的信号(也就是CAS信号,Column Address Strobe),最后再进行读或写的动作。
    2、内存传输
      为了储存资料,或者是从内存内部读取资料,CPU都会为这些读取或写入的资料编上地址(也就是我们所说的十字寻址方式),这个时候,CPU会通过地址总线(Address Bus)将地址送到内存,然后数据总线(Data Bus)就会把对应的正确数据送往微处理器,传回去给CPU使用
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    3、存取时间
      存取时间,指的是CPU读或写内存内资料的过程时间,也称为总线循环(bus cycle)。以读取为例,从CPU发出指令给内存时,便会要求内存取用特定地址的特定资料,内存响应CPU后便会将CPU所需要的资料送给CPU,一直到CPU收到数据为止,便成为一个读取的流程。因此,这整个过程简单地说便是CPU给出读取指令,内存回复指令,并丢出资料给CPU的过程。我们常说的6ns(纳秒,秒-9)就是指上述的过程所花费的时间,而ns便是计算运算过程的时间单位。我们平时习惯用存取时间的倒数来表示速度,比如6ns的内存实际频率为1/6ns=166MHz(如果是DDR就标DDR333,DDR2就标DDR2 667)。
    4、内存延迟
      内存的延迟时间(也就是所谓的潜伏期,从FSB到DRAM)等于下列时间的综合:FSB同主板芯片组之间的延迟时间(±1个时钟周期),芯片组同DRAM之间的延迟时间(±1个时钟周期),RAS到CAS延迟时间:RAS(2-3个时钟周期,用于决定正确的行地址),CAS延迟时间 (2-3时钟周期,用于决定正确的列地址),另外还需要1个时钟周期来传送数据,数据从DRAM输出缓存通过芯片组到CPU的延迟时间(±2个时钟周期)。一般的说明内存延迟涉及四个参数CAS(Column Address Strobe 行地址控制器)延迟,RAS(Row Address Strobe列地址控制器)-to-CAS延迟,RAS Precharge(RAS预冲电压)延迟,Act-to-Precharge(相对于时钟下沿的数据读取时间)延迟。其中CAS延迟比较重要,它反映了内存从接受指令到完成传输结果的过程中的延迟。大家平时见到的数据3—3—3—6中,第一参数就是CAS延迟(CL=3)。当然,延迟越小速度越快。
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    JVM实战与原理


    目录

    内存区域分配

    1. 程序计数器

    2. Java虚拟机栈

    3. 本地方法栈

    4. 堆

    5. 方法区

    6. 运行时常量池


    内存区域分配

    章节目的:明白虚拟机中的内存是如何划分?每块区域的作用是什么?


    引言:在类加载过程中,会在内存开辟一段空间,这块内存区域会被划分为若干个不同功能的区域。

    那么我们为什么需要学习JVM中的内存区域分配呢?答案:当我们的程序出现内存泄漏或溢出方面的问题,如果我们不清楚JVM怎样使用内存,那么我将很难寻找到错误的真正原因。

    下面便是每个内存区域的介绍。

    1. 程序计数器

    作用:存储着下一条字节码指令的地址

    该内存空间为线程私有的,因为在多线程执行时,为了让CPU能在线程切换后恢复到正确的执行位置,每个线程都需要有自己的程序计数器

    2. Java虚拟机栈

    作用:每个Java方法执行时,会创建一个栈帧,用于存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。

    调用方法,则对应在栈帧中入栈,方法执行完成,则栈帧中出栈。

    同样也是线程私有,与线程生命周期一致。

    3. 本地方法栈

    作用:与虚拟机栈作用相似,区别在于虚拟机栈用于为虚拟机执行Java方法服务,本地方法栈则为虚拟机执行Native方法服务

    4. 堆

    作用:用于存放对象实例和数组。

    是被所有线程共享的一块内存区域,因为需要内存回收的缘故,我们也将Java堆细分为新生代和老年代。内存回收可看内存回收策略

    5. 方法区

    作用:存储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.

    6. 运行时常量池

    作用:为方法区的一部分,存储Class文件中的常量池信息

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空空如也

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内存条的作用原理