JVM 学习-内存管理

 

2 JVM的内存管理 

所有的数据和程序都是在运行数据区存放，它包括以下几部分：

 

• Stack 栈 

栈也叫栈内存，是 Java程序的运行区，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命 期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束，该栈就 Over。 问题出来了：栈中存的是那些数据呢？又什么是格式呢？

 

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是 一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧 F1，并 被压入到栈中，A方法又调用了 B方法，于是产生栈帧 F2 也被压入栈，执行完毕后，先弹出 F2 栈帧，再弹出 F1 栈帧，遵循“先进后出”原则。

那栈帧中到底存在着什么数据呢？栈帧中主要保存3 类数据：本地变量（Local Variables）， 包括输入参数和输出参数以及方法内的变量；栈操作（Operand Stack），记录出栈、入栈的操作； 栈帧数据（Frame Data），包括类文件、方法等等。光说比较枯燥，我们画个图来理解一下 Java 栈，如下图所示：

 

图示在一个栈中有两个栈帧，栈帧 2是最先被调用的方法，先入栈，然后方法 2 又调用了方法1，栈帧 1处于栈顶的位置，栈帧 2 处于栈底，执行完毕后，依次弹出栈帧 1和栈帧 2，线程结束，栈释放。 

 

• Heap 堆内存 

 

一个 JVM 实例只存在一个堆类存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，以方便执行器执行，堆内存分为三部分：

Permanent Space  永久存储区

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放 JDK 自身所携带的 Class,Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。 

Young Generation Space  新生区 

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到 1 区。那如果1 区也满了呢？再移动到养老区。 

Tenure generation space 养老区

养老区用于保存从新生区筛选出来的 JAVA 对象，一般池对象都在这个区域活跃。 三个区的示意图如下：

 

• Method Area 方法区 

 方法区是被所有线程共享，该区域保存所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数， 接口代码也在此定义。

• PC Register 程序计数器

 每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码，由执行引擎读取 下一条指令。  

 

• 
  Native Method Stack 本地方法栈

 以上都是纯理论，我们举个例子来说明JVM的运行原理，我们来写一个简单的类，代码如下：

 

 1 public class JVMShowcase { 

 2  //静态类常量, 

 3  public final static String ClASS_CONST = "I'm a Const"; 

 4  //私有实例变量 

 5  private int instanceVar=15; 

 6  public static void main(String[] args) { 

 7    //调用静态方法 

 8    runStaticMethod(); 

 9    //调用非静态方法 

   JVMShowcase showcase=new JVMShowcase(); 

   showcase.runNonStaticMethod(100); 

  }  

  //常规静态方法 

  public static String runStaticMethod(){ 

    return ClASS_CONST; 

  } 

  //非静态方法 

  public int runNonStaticMethod(int parameter){ 

    int methodVar=this.instanceVar * parameter; 

    return methodVar; 

  } 

 } 

这个类没有任何意义，不用猜测这个类是做什么用，只是写一个比较典型的类，然后我们来看看JVM是如何运行的，也就是输入 java JVMShow后，我们来看JVM是如何处理的： 

第 1 步，JVM 向操作系统申请空闲内存 。JVM对操作系统说“给我 64M空闲内存”，于是操作系统就查找自己的内存分配表，找了段 64M的内存写上“Java占用”标签，然后把内存段的起始地址和终止地址给JVM，JVM准备加载类文件。 

第 2 步，JVM 内存。JVM获得到 64M内存，就开始得瑟了，首先给 heap分个内存，并且是按照 heap的三种不同类型分好的，然后给栈内存也分配好。 

第 3 步，检查和分析class 文件。若发现有错误即返回错误。 

第 4 步，加载类。由于没有指定加载器，JVM默认使用 bootstrap 加载器，就把 rt.jar下的所有类都加载到了堆类存的永久存储区，JVMShow也被加载到内存中。我们来看看栈内存，如下图：

Heap是空，Stack是空，因为还没有线程被执行。Class Loader通知Execution Enginer已经加 载完毕。

第 5 步，执行引擎执行 main 方法。执行引擎启动一个线程，开始执行 main 方法，在 main 执 行完毕前，方法区如下图所示：

 

在 Method Area加入了CLASS_CONST 常量，它是在第一次被访问时产生的。堆内存中有两个对象 object和 showcase对象，如下图所示：

为什么会有 Object对象呢？是因为它是JVMShowcase的父类，JVM是先初始化父类，然后再 初始化子类，甭管有多少个父类都初始化。在栈内存中有三个栈帧，如下图所示： 

 

于此同时，还创建了一个程序计数器指向下一条要执行的语句。 

第 6 步，释放内存。运行结束，JVM向操作系统发送消息，说“内存用完了，我还给你”，运行结束。