JVM之基本结构

1. Java虚拟机的架构

 

    1.0 运行时数据区：经过编译的class文件，由ClassLoader（类加载子系统）加载后会交给执行引擎执行。在执行引擎执行过程中，会产生一些数据，这些数据被称为运行时数据，存储这些数据的内存区域称为运行时数据区。

    1.1 Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，访问直接内存的速度优于Java堆。出于性能的考虑，读写频繁的场合会考虑使用直接内存。

    1.2 本地方法栈和Java栈非常类似，最大的不同在于Java栈用于Java方法的调用，而本地方法栈用于本地方法的调用。

    1.3 PC 寄存器： Program Counter寄存器，即：程序计数器,跟随线程的启动而创建。用于记录当前线程重在执行的字节码指令位置。【线程专有】

    1.4 在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法。如果这个方法不是本地方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令；如果这个方法是本地方法，PC寄存器的值是undefined。

    1.5 JVM内存结构的五大区域：Java栈（虚拟机栈）、本地方法栈、PC寄存器、方法区、Java堆。其中，Java栈、本地方法栈、PC寄存器是线程专有的。

 

2.Java堆

    2.1 结构：根据垃圾回收机制的不同，Java堆可能有不同的结构。最常见的一种结构是将Java堆分为新生代和老年代。

   2.2 流程：

        在绝大多数情况下，对象首先会分配到eden区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，会进入s0或则s1区；之后，每经历一次新生代回收，如果对象还存活，则年龄加1。年龄达到一定条件后，会被认为是老年对象，进入老年代。

 

 

 3.Java栈（虚拟机栈）

　　虚拟机栈是Java方法执行的内存结构，虚拟机会在每个方法执行时创建一个“栈帧”，用于存储局部变量表，操作数栈等信息。当方法执行完毕后，该栈帧会从虚拟机栈中出栈。

    3.1栈帧出入栈【函数调用】过程

        3.1.1 出栈顺序：先入后出

        3.1.2 每次函数调用的数据都是通过Java栈传递的。

        3.1.3 Java栈中保存的主要内容是是栈帧。[栈帧中保存着当前函数的局部变量、操作数、中间运算结果等数据]。

    3.2 Java栈基本构架

        3.2.1 栈帧至少包含局部变量表、操作数栈和帧数据区。

    3.4 当栈空间不足时，函数调用无法继续，系统会抛出StackOverflowError栈溢出错误。【可以通过-Xss设置线程的最大栈空间】

    3.5 StackOverflowError演示【递归死循环】

package com.blueStarWei.jvm;

public class StackOverflowError {

    private static int count = 0;
    
    public static void main(String[] args) {
        try{
            recursion();            
        }catch(Throwable e){
            System.out.println("deep of calling : "+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void recursion(){
        count++;
        recursion();
    }
}

   3.5.1 日志输出

//根据-Xss配置的参数不同，被调用的次数会不同
deep of calling : 31661
java.lang.StackOverflowError
    at com.blueStarWei.jvm.StackOverflowError.recursion(StackOverflowError.java:18)

 

4.方法区

    4.1 在JDK1.6、1.7中，方法区可以理解为永久区（Permanent）.。JDK1.8中，永久区被彻底移除，取而代之的是元数据区（堆外的直接内存）

    4.2 方法区是被所有线程共用的内存空间，在JVM启动时创建.

    4.3 运行时常量池 ： 除了每个类或接口中定义的常量，它还包含了所有对方法和字段的引用。因此当需要一个方法或字段时，JVM通过运行时常量池中的信息从内存空间中来查找其相应的实际地址。

    4.4 设置参数

参数	作用	备注
-XX：PremSize	设置永久区初始化空间
-XX: MaxPremSize	设置永久区的最大空间	默认64MB
-XX:MaxMetaspaceSize	设置元数据区的最大空间	如果不指定大小，虚拟机会耗尽所有可用的系统内存

    4.5 垃圾收集在这个区域是比较少出现的，这区域的内存回收目标重要是针对常量池的回收和类型的卸载。

5. 局部变量表

    5.1 槽位复用

        5.1.1 含义：如果局部变量A超出其作用域，那么在其作用域之后的局部变量B会复用A的槽位。

        5.1.2 优点: 节省资源

        5.1.3 注意：如果A作用域之后没有新的变量，A不会从局部变量表中移除【可以使用-XX:+PrintGC查看GC信息，判断是否触发GC】

//局部变量a仍然存在于局部变量表中，不会触发GC
public void localGC1(){
    {
        byte[] a = new byte[6*1024*1024];            
    }
    System.gc();
}

//局部变量a的槽位已经被局部变量b复用，触发GC[回收局部变量a]
public void localGC2(){
    {
        byte[] a = new byte[6*1024*1024];            
    }
    int b = 0;
    System.gc();
}

 

6.参考文献

    6.1 《实战Java虚拟机 - JVM故障诊断与性能优化》