java虚拟机(一)
java优点:一次编译,到处运行。
- 运行过程如图
具体实现如下图
java经过一次编译后,即 javac 命令生成字节码即 .class文件,该文件可以运行在windows 或linux不同的操作系统下,在该系统虚拟机下转化为该平台的机器码,最终可以得到执行。
具体实现如下:
以这段代码为例
public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.print("Hello world"); } }
java编译生成 字节码后,需执行Hello world,首先根据系统版本,找到jvm.cfg文件,存放位置及打开后如图
其中-server KNOWN就表示名称为server的jvm可用。,这时搜索jvm.dll,位于 C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\bin\server,即server下,所以jvm.dll是通过jvm.cfg来获得的。
而jvm.dll是java虚拟机的具体实现。接下来需要初始化 JNI接口,JNI接口是负责将class文件装配到jvm的接口。
jvm内部结构:
一、内存区域
1、运行时数据区域:方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器
**(1)程序计数器 **
定义######
程序计数器占用较小内存,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,是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。如分支、循环、跳转、异常处理均需要计数器完成。
若当前线程正在执行的是一个本地方法,那么此时程序计数器为Undefined。
作用######
- 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制。
- 在多线程情况下,程序计数器记录的是当前线程执行的位置,从而当线程切换回来时,就知道上次线程执行到哪了。
特点######
- 是一块较小的内存空间。
- 线程私有,每条线程都有自己的程序计数器。
- 生命周期:随着线程的创建而创建,随着线程的结束而销毁。
- 是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。
**(2)虚拟机栈 **
Java 虚拟机栈的定义######
虚拟机栈是描述 Java 方法运行过程的内存模型。
虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域,用于存放该方法运行过程中的一些信息,如:
- 局部变量表 ,其中局部量表 存放基本数据类型(boolean、byte、int、String、double、char、long、float)、对象引用、returnAddress类型。其内存空间编译期间完成分配,long和double
占用两个局部变量表(slot),其余的数据类型只占用一个,其空间是编译时确定好的。
- 操作数栈
- 动态链接
- 方法出口信息
每个方法从调用直到执行完成的过程,就对应着一个栈帧入栈到出栈的过程。
虚拟机栈的特点######
- 局部变量表随着栈帧的创建而创建,它的大小在编译时确定,创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中,局部变量表的大小不会发生改变。
线程私有。
- Java 虚拟机栈会出现两种异常:StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
StackOverFlowError 若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展,那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时,抛出 StackOverFlowError 异常。出现 StackOverFlowError 时,内存空间可能还有很多。
OutOfMemoryError 若允许动态扩展,那么当线程请求栈时内存用完了,虚拟机扩展无法申请到足够的内存时,无法再动态扩展时,抛出 OutOfMemoryError 异常。
- Java 虚拟机栈也是线程私有,随着线程创建而创建,随着线程的结束而销毁。
**(3)本地方法栈 **
本地方法栈的定义######
本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间,由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的,所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似,只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。
栈帧变化过程######
本地方法被执行时,在本地方法栈也会创建一块栈帧,用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
方法执行结束后,相应的栈帧也会出栈,并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。
如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法,或是本身不依赖于传统栈,那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈,那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。
**(4)java堆 **
堆的定义######
堆是用来存放对象的内存空间,几乎所有的对象都存储在堆中。
堆的特点######
- 线程共享,整个 Java 虚拟机只有一个堆,所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个。
- 在虚拟机启动时创建。
- 是垃圾回收的主要场所。
- 进一步可分为:新生代(Eden区 From Survior To Survivor)、老年代。
不同的区域存放不同生命周期的对象,这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法,更具有针对性。
堆的大小既可以固定也可以扩展,但对于主流的虚拟机,堆的大小是可扩展的,因此当线程请求分配内存,但堆已满,且内存已无法再扩展时,就抛出 OutOfMemoryError 异常。
Java 堆所使用的内存不需要保证是连续的。而由于堆是被所有线程共享的,所以对它的访问需要注意同步问题,方法和对应的属性都需要保证一致性。
**(5)方法区 **
方法区的定义######
Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。方法区存放以下信息:
- 已经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
线程共享区,用于存储一被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即编译器编译后的代码数据等
方法区的特点######
- 线程共享。 方法区是堆的一个逻辑部分,因此和堆一样,都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。
- 永久代。 方法区中的信息一般需要长期存在,而且它又是堆的逻辑分区,因此用堆的划分方法,把方法区称为“永久代”。
- 内存回收效率低。 方法区中的信息一般需要长期存在,回收一遍之后可能只有少量信息无效。主要回收目标是:对常量池的回收;对类型的卸载。
- Java 虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。 和堆一样,允许固定大小,也允许动态扩展,还允许不实现垃圾回收。
**(6)运行时常量池 **
用于存放编译期生成的字面量和符号引用,即类信息、常量、静态变量。常量就存放在运行时常量池中。常量池无法添加会抛出OutOfMemoryError异常
当类被 Java 虚拟机加载后, .class 文件中的常量就存放在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间,可以向常量池中添加新的常量。如 String 类的 intern() 方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。
**(7)直接内存 **
Java虚拟机规范的内存区域,即除 Java 虚拟机之外的内存,但也可能被 Java 使用
操作直接内存######
在 NIO 中引入了一种基于通道和缓冲的 IO 方式。它可以通过调用本地方法直接分配 Java 虚拟机之外的内存,然后通过一个存储在堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存,而无须先将外部内存中的数据复制到堆中再进行操作,从而提高了数据操作的效率。
直接内存的大小不受 Java 虚拟机控制,但既然是内存,当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。
直接内存与堆内存比较######
- 直接内存申请空间耗费更高的性能
- 直接内存读取 IO 的性能要优于普通的堆内存。
- 直接内存作用链: 本地 IO -> 直接内存 -> 本地 IO
- 堆内存作用链:本地 IO -> 直接内存 -> 非直接内存 -> 直接内存 -> 本地 IO
服务器管理员在配置虚拟机参数时,会根据实际内存设置-Xmx等参数信息,但经常忽略直接内存,使得各个内存区域总和大于物理内存限制,从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。