深入理解Java虚拟机 -- 读书笔记(1):JVM运行时数据区域

 2019-12-22 11:00  阅读(793)
文章分类:JVM

本系列为《深入理解Java虚拟机 》(周志明著)读书笔记。

Java程序员一般都知道JVM中存在栈和堆的,并简单了解对象是在堆上分配的,这点从C/C++转过Java的程序员很容易想到。但Java由于其自身的特性,还有一些其他的内存区域,如下图所示:

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程序计数器

程序计数器占用的内存空间不大,里面记录了各线程当前字节码的行号。JVM的多线程是通过轮流执行CPU时间的方式实现,因此在一个线程离开自己的CPU切片时,需要记录当前的状态(字节码行号)。为了防止线程之间相互影响,每条线程都有自己独立的程序计数器,这类内存区域也被称为“线程私有”内存。例如在上图中,虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器都属于“线程私有”内存。

如果程序执行的是一个Java方法,程序计数器记录当前线程的字节码地址;如果执行的是一个本地方法,则程序计数器为空(undefined)。

Java虚拟机栈

Java程序员常说“栈”和“堆”,那个“栈”指的正是Java虚拟机栈。从上图可以看出,和程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,生命周期和线程一样。虚拟机栈存储的是栈帧(Stack Frame):包含局部变量表,操作数栈,动态链接和返回信息等。

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)、对象引用和ruturnAddress类型。从这里可以看出,使用Integer和int在内存空间的占用上是不同的。在32位机器中,Integer要占用一个reference(8 bytes) + 一个int(4字节), 而int则只占4字节自身的空间。在局部变量表中,8 bytes的long和double会占据2个局部变量空间(slot),其他类型只占据一个。

本地方法栈

本地方法栈和Java虚拟机栈在结构和用途上类似,所不同的是本地方法栈执行的是Native方法,Java虚拟机栈中执行的是Java(字节码)方法。

Java堆

Java堆是所有线程共享的一个区域,在虚拟机启动时创建。这个区域主要是用于存放对象实例,几乎所有的对象实例都是在堆中分配。Java堆是垃圾收集器(GC)管理的主要区域。因为很多垃圾回收器都采用“分代回收”的策略,因此Java堆还可以细分为:新生代和老生代。JVM规范规定Java堆只需在逻辑上连续,在物理上是否连续则无关紧要。

方法区

方法区与Java堆一样,是多个线程共享的区域,用于保存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。相对而言,这个区域的内存很少需要回收,在这个区域的主要回收目标是针对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了类版本、字段、方法、接口等描述性信息外,还有一项信息是常量池,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。

运行时常量池想对于Class文件常量池的另外一个重要特性是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生,也就是并非只有预置入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。

直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中的一部分,但这部分常在NIO中提及。NIO基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer),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堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

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