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jvm体系结构

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JVM体系结构

基本概念

​ JVM 是可运行 Java 代码的假想计算，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收、堆和一个存储方法域。 JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

JVM内存模型

完整内存模型图见：https://www.processon.com/diagraming/5d42ca2ce4b043dcf84e8764

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  • JVM 内存区域主要分为：线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【 JAVA 堆、方法区】、直接内存。
  • 线程私有区域生命周期与线程相同，依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 Hotspot VM 内，每个线程都与操作系统的本本地线程直接映射，因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。
  • 线程区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
  • 直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分，但也会被频繁的使用：在 JDK1.4 引入的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后使用 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，这样就避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，因此在一些场景中可以显著提高性能。

程序计数器（线程私有）

  • 字节码解释器从程序计数器中取出指令，实现对流程的控制

  • 在线程切换的过程中，保存当前线程的执行位置，以便在线程恢复执行的时候找到正确的执行位置

  • 唯一一个不会发生 OutOfMemoryError 的区域。

Java虚拟机栈（线程私有）

  • 由一组栈帧组成，栈帧用来保存局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁—-无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未捕获的异常）都算方法结束。
  • 局部变量表主要存放了编译期可知的各种数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）、对象引用（reference类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的应用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。
  • StackOverFlowError：若 java 虚拟机的内存大小不动态扩展，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的时候，就抛出 StackOverFlowError 错误。
  • OutOfMemory：若 java 虚拟机堆中没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多的内存。就会抛出 OutOfMemoryError 错误。
  • 每一次函数的调用就是对应栈帧的一次入栈到出栈的过程。

本地方法栈（线程私有）

  • 使用到的是本地方法服务。
  • HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。
  • 线程私有区域，他的生命周期随着线程的创建而开始，随着线程的消亡而结束。

堆（ Heap-线程共享 ）-运行时数据区

  • 目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例和数组都在这里分配内存

  • 随着JTI编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，栈上分配、变量替换优化技术，使得所有对象在堆上的分配变得不那么绝对。如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用，那么对象可以直接在栈上分配内存。

  • 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此才被称为GC堆，现在垃圾收集器都是采用分代收集算法。Java堆细分：新生代和老年代，在细致一点的话就是：伊甸区，from区，to区。划分的目的是更好的回收内存，或者更快的分配内存。

方法区/永久代（线程共享）

  • 用于存放已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器后的代码数据。
  • java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，Non-Heap（非堆）
  • 永久代就是HotsSpot虚拟机堆虚拟机规范方法区中的一种实现方式。也就是说，永久代是HotSpot的概念，方法区是java虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现。
  • -XX:PermSize=N //方法区（永久代）初始大小
  • -XX:MaxPermSizze=N //方法区（永久代）最大大小，超过这个值就会抛出OutOfMemoryError异常：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen

为什么元区间取代了永久代

  • 永久代在 JVM 中受到 JVM 本身固定大小的限制，无法进行调整。
  • 元空间使用的是直接内存，受本机可用内存的限制
  • 元空间内存溢出：java.lang.OutOfMemoryError:MetaSpace
  • -XX:MaxMetaspaceSize 标志设置最大元空间大小，默认值为 unlimited ,这意味着他只受系统内存的限制
  • 元空间里面存在的是元数据，这样加载多个类的元数据就不由 MaxPermSize 控制，而是由系统的实际可用空间来控制，这样能加载更多的类
  • 在 JDK8 中，合并 HotSpot 和 Jrockit 的代码时，Jrockit 从来没有一个叫永久代的东西，合并之后就没有必要额外的设置这么一个永久代的地方了

运行常量池

  • java7之前，运行时常量池包含字符串常量池。
  • java7，运行时常量池在永久代，字符串常量池在堆中。
  • java8，运行时常量池在元空间，字符串常量池在堆中。

直接内存

  • 本机的内存
  • JDK1.4 之后的 NIO ，引入了一种基于通道与缓存区的 I/O 方式，可以直接使用 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应用操作，这样就能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据

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