JVM内存模型

JVM(Java Virtual Machine)又被分为三大子系统，类加载子系统，运行时数据区，执行引擎。在这里我们主要讲解一下JVM的运行时数据区，也就是我们常说的JVM存储数据的内存模型。在这里提一点，平常我们常说内存模型，其实在Java中存在两大内存模型，一个是JVM的内存模型，也就是堆，栈之类的。还有一个是Java线程工作的内存模型，java工作的内存模型指的是主内存，工作内存，两个是不同的概念

JVM的结构图

这里重点讲一下JVM的运行时数据区，也就是我们所说的JVM内存模型。其实像JVM结构中的类加载子系统，也能够讲出很多东西出来。

首先，JVM的内存模型分为线程私有，线程共享的区域

线程私有部分

图中所画的部分程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈是每个线程私有的部分，大概讲述一下每个部分所起到的作用

程序计数器：线程在运行期间，由于会出发CPU时间片资源抢夺的情况，假如线程A执行到if判断,循环,异常处理等这些字节码指令，时间片突然被抢占，出现阻塞，程序计数器会帮助记录每个线程所执行到下一条字节码指令，等线程A再次拿到时间片继续执行。

虚拟机栈：每个线程在执行每个方法时，都会创建一个栈帧，栈帧里面又会包括一些局部变量表，操作数栈，方法出口等信息，每个方法从执行到执行完成，也就是完成我们的入栈和出栈过程

首先看一段代码，来讲解栈帧中每个部分的作用

public class Test {

    public static void test() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 10;
    }

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

以上代码对应的虚拟栈图

局部变量表：在我们程序中，方法中定义的一些局部变量都会存放在我们的局部变量表，也就是我们代码中的a,b,c这种局部变量

将上述代码用javap -c Test命令可以查看到程序的字节码指令

public class com.ezhiyang.crm.config.Test {
  public com.ezhiyang.crm.config.Test();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void test();
    Code:
       0: iconst_1  // 将一个常量1加载到操作数栈
       1: istore_0  // 将一个数值(也就是常量1)从操作数栈存储到局部变量					   表，也就是我们代码中的int a = 1
       2: iconst_2
       3: istore_1
       4: iload_0
       5: iload_1
       6: iadd		// 执行加法操作
       7: bipush    // 将10入操作数栈    10
       9: imul		// 执行乘法操作
      10: istore_2  // 再将乘法出来的结果从操作数栈存储到局部变量					   	   表，也就是我们的int c = (a + b) * 10
      11: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: invokestatic  #2                  // Method test:()V
       3: return
}

操作数栈：像我们的程序后面都会被编译成这种字节码指令，而操作数栈将变量之间的运算入栈，然后存储计算结果，再出栈赋值给局部变量表

方法出口：代码中main()方法调用了test()方法，这时test()执行完成后，需要继续执行main()方法，方法出口记录了test()方法执行完成后的一个出口，也就是回到main()

本地方法栈：在Java代码中我们有时可以看到用native修饰的方法，而这些方法并不由Java语言去实现，而是由Java去调用底层的C++语言实现的，跟我们的虚拟机栈有点类似，只不过是执行native方法的线程栈帧

线程共享部分

线程共享的部分就是我们图中所画的堆，方法区(又叫做永久代，JDK1.8后被改为元空间)

看一张方法区内存分布图

方法区：方法区主要存储的是虚拟机加载的类信息(版本，字段，方法，接口等信息)，成员常量，静态变量等数据，其中又包括一部分是运行时常量池，运行时常量池存放的是编译期间生成的符号引用，后面经过解析出来的直接引用也会储存在常量池中。

当虚拟机new指令时，首先会根据这个指令的参数在常量池中定位到一个类的符号引用，如果定位不到，则需要重新对这个类进行加载，解析和初始化了，这里就涉及了Class文件加载的7大过程。如果能找到符号引用，证明这个类已经加载过，并会给该对象分配内存空间，调用构造方法进行初始化。也就是我们new一个对象发生了那些事

JDK1.8后，方法区被叫做元空间，并且内存大小限制不限JVM的内存大小限制，而是直接使用计算机的直接内存，受计算机的内存大小限制

堆：堆是JVM中最大的一块内存区域了，主要存放我们程序中new出来的对象，提一点并非所有的对象都是在堆上进行分配，随着线程逃逸，标量替换等技术的发展，对象也有可能在栈上进行分配。下面通过一段代码进行讲解，对象不一定在堆上进行分配

public class Test {

    public static void test() {
        A a = new A();
    }

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

class A {
    int a = 0;
}

像这段代码，执行test()方法时，new了一个A对象，但是A对象又只有一个基本类型变量a，A对象也没有出现线程逃逸现象，因为JVM存在一些指令优化功能，并会把A对象直接进行标量替换成int a = 0，这时就会出现对象在栈上进行分配。

堆也是GC进行回收最主要的区域，容易出现OutOfMemoryError异常

堆中又分为young(新生代)，old(老年代)，分配的内存比例1:2。young新生代中的对象具有"朝生夕死"的特点，也就是对象刚创建不久，并会被回收掉。是Minor回收的主要区域。而老年代中的对象具有的特点则是不容易被回收掉，一些大对象比如数组并会存放在老年代中。是Full GC回收的主要区域。后面写一篇JVM GC垃圾回收的文章做介绍，这里不做过多的讲解了

young新生代中又分为eden区，两个survivor区，分配的内存比例8:1:1。我们程序中所new出的对象首先会在eden区进行分配，然后经过Minor GC，eden区没有被回收的对象又会被放到survivor Form区，survivor Form区经过GC后的对象没有被回收掉，又会转移到survivor To区，这两个区的对象是可以双向转移的。新生代采用GC的算法是复制算法，两个survivor区正是复制算法所要预留出来的区域

这里主要讲解的是JVM内存模型中每个部分所起到作用，其实里面还牵涉到了很多知识，像GC，收集器，类加载等很多知识，后面会一一写文章进行讲解。

初次写博客，如有写的不对的地方，还望大家指正！！！

posted @ 2020-05-04 17:29 半分、阅读(1007) 评论(1) 编辑收藏举报

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