【JAVA进阶架构师指南】之二：JVM篇

前言

谈到JAVA,就不得不提JVM---JAVA程序员绕不开的话题.也许有童鞋会说,我不懂JVM,但是我一样可以写出JAVA代码,我相信说这种话的童鞋,往往是只有1-3年的初级开发人员,对JAVA理解还不深,不明白JVM的重要性,那接下来我们来说说,为什么要学习JVM?
1.理解JVM,才能帮助我们写出更好,更健壮的代码.举个例子,以下代码的执行结果会是什么呢?很多童鞋肯定会说:嗯?当我傻吗?两个不都是true吗?这有啥好说的,真的是这样吗?感兴趣的童鞋可以自己下来试一试,至于为什么是这样的结果,在下文会解释清楚.
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2.理解JVM,可以帮助我们提升JAVA程序的性能,排除问题.
3.也是最重要的一点,面试必问!

虚拟机的种类

我们知道,目前使用范围最广的虚拟机是sun公司的HotSpot VM,在这之前,sun公司发布的第一款虚拟机是Sun Classic/Exact VM,这是世界上第一款商用虚拟机.另外其他公司也有自己的虚拟机,比如IBM J9 VM,Google Android Dalvik VM,Apache Harmony,Microsoft VM等待,但是使用范围最广的还是HotSpot.

JVM内存划分

引用一张图来说明:
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可以看到,JVM主要由方法区/堆区/虚拟机栈/本地方法栈/程序计数器五个部分组成,从线程的角度来看,分为线程公有的部分(方发区/java堆)和线程私有的部分(虚拟机栈/本地方法栈/程序计数器).

方法区

存放已经被虚拟机加载的[类信息/常量/静态变量/即时编译后的代码]等,有些文章也称方法区为永久代,主要发生的异常是内存溢出:OutOfMemoryError.另外在JDK1.6版本中,常量池(这里特指运行时常量池,我们一般说的常量池也都是指的运行时常量池)是存放于方法区中的(因此方法区可能会经常内存溢出),JDK1.7的时候常量池移到了JAVA堆(Heap)中,在JDK1.8的时候,已经没有方法区了,取而代之的是一块叫元数据(metaSpace)的空间.

java堆

java堆主要存放的是对象实例以及数组等信息,主要发生的异常仍然是内存溢出:OutOfMemoryError.并且java堆区是GC重点关注的区域.另外,我们常说,几乎所有的对象分配内存都是在java堆中进行,而不是说所有对象100%都在java堆中分配内存,是因为有两种例外情况不会在java堆中分配内存,第一种是TLAB(线程本机分配缓存),另一种是栈上分配,既然想成为一名架构师,童鞋们应该要弄明白什么是TLAB和栈上分配,发挥你们的能力,尽情Google吧.

虚拟机栈

java方法执行的内存模型,每个方法在执行的时候会封装成一个栈帧,存放[局部变量表/操作数栈/动态链表/方法出口]等信息,方法的执行对应栈帧入栈和出栈的过程.栈的深度是有大小的,默认情况下栈的内存为1M,因此虚拟机栈除了发生内存溢出异常,还有可能发生StackOverFlowError异常.

本机方法栈

和虚拟机栈作用类似,区别在于本地方法栈保存的是native方法的信息.

程序计数器

当前线程执行的字节码行号指示器,是JVM中唯一一块没有内存溢出异常的区域.

常量池

接下来我们再倒回来看看,文章开头的代码,执行结果会是什么:
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127返回的是true,128返回的确是false.为什么?
首先我们知道,在java语言中 == 比较的是两个对象的内存地址,只有equals方法才是比较两个对象是否相等,执行结果告诉我们,值都为127的Integer a和b内存地址是相同的,他们是同一个对象,而值为128的Integer c和d的内存地址不同,他们是不同的两个对象,那为什么127就是相同的对象,128就是不同的对象呢?还记得上文中,我们说方法区中有一块区域叫运行时常量池,存放的是各种常量,java语言对byte/short/char/int/string设置了常量池,比如我们查看Integer的源码:
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可以发现,Integer的常量池范围是-128~127,在该范围内的Integer对象都会复用常量池中的值,因此a和b是相同对象,而超过该范围,会重新new一个新的对象,因此c和d都是重新new出来的,地址当然不同,因此是false.另外String类型的常量池和前面四种类型不一样,String类型的常量池是通过final来实现的.而float/double没有常量池的概念,因为float和double本身都是科学技术法表示近似数,无法精确计算,存在精度丢失的情况,因此没法为float和double创建常量池.