虚拟机系列 | JVM运行时数据区

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虚拟机系列 | JVM运行时数据区

一、内存与线程

1、内存结构

内存是计算机的重要部件之一,它是外存与CPU进行沟通的桥梁,计算机中所有程序的运行都在内存中进行,内存性能的强弱影响计算机整体发挥的水平。JVM的内存结构规定Java程序在执行时内存的申请、划分、使用、回收的管理策略,通说来说JVM的内存管理指运行时数据区这一大块的管理。

2、线程运行

JVM中一个应用是可以有多个线程并行执行,线程被一对一映射为服务所在操作系统线程,调度在可用的CPU上执行,启动时会创建一个操作系统线程;当该线程终止时,这个操作系统线程也会被回收。

在虚拟机启动运行时,会创建多个线程,数据区中有的模块是线程共享的,有的是线程私有的:

线程共享:元数据区、堆Heap;

线程私有:虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器;

单个CPU在特定时刻只能执行一个线程,所以多线程通过几块空间的使用,然后不断的争抢CPU的执行时间段。

二、元数据空间

基本描述

方法元空间(方法区)在JVM启动的时候被创建,是被各个线程共享的内存空间,用于存放类和方法的元数据以及常量池,比如Class和Method。

在实际的开发中,经常因为加载的类太多,进而导致内存溢出问题,这样可以对元空间的大小进行扩展。

与堆的关系

元空间存放加载的类信息,当类被实例化时,堆中存储实例化的对象信息,并且通过对象类型数据的指针找到类。

三、堆空间

基本描述

JVM启动时创建堆区,是内存管理的核心区,通常情况下也是最大的内存空间,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都要在堆中分配内存,所以这里也是垃圾回收的重点空间。

堆栈关系

栈是JVM运行时的单位,堆是存储单位,当栈中方法结束,相关对象失去所有引用后,不会马上被移除堆空间,要等到垃圾收集器运行的时候。

四、虚拟机栈

虚拟机栈(Java栈)在每个线程创建时都会生成一个虚拟机栈,栈的内部是一个个栈帧单元,对应Java方法的调用,其生命周期和线程周期保持一致。用来存储方法的局部遍历,部分执行结果,方法的调用和返回。

栈帧是方法执行的数据集,维持执行过程中的各种数据信息,执行的方法依次入栈,栈顶存放当前要执行的方法,执行结束后出栈,对于栈没有垃圾回收问题。

五、程序计数器

基本描述

JVM中程序计数寄存器用来存储下一条将要执行指令的地址,执行引擎获取到指令后进行执行,是线程私有的。它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

前后关系

线程在获取CPU的时间段内执行代码,但是线程随时可能没有执行完就被挂起,等到线程A再次获取CPU执行时,CPU 得知道执行到线程A的哪一个指令,程序计数器会存储该动作。

六、本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所起到的作用是类似的,虚拟机栈为虚拟机执行Java方法,本地方法栈管理虚拟机使用到的 本地方法,在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、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。HotSpot虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

七、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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