jvm内存模型

jvm内存模型

• 虚拟机栈

  栈优化：默认为1M，（-Xss）

  线程私有、生命周期同线程，每个方法运行都对应帧栈的建立及在虚拟机栈的入栈出栈过程。

  • 局部变量表

    非静态方法会在index[0]存该方法的实例引用(4字节)，随后存放方法参数和局部变量(须显示初始化)。

  • 操作栈

    桶式结构栈，被各种指令写入和提取信息。

    i++和++i的区别: i++先从局部变量表取i并压栈，然后局部变量表i自增1，再从栈顶取出i使用，因此读到的是自增前的值；++i：局部变量表i先自增1，然后取出并压栈，再从栈顶取出i使用，因此读到的是自增后的值。

    i++ 这种操作不是原子操作，即使是volatile修饰也非线程安全，因为多CPU有多寄存器。三步走：1取:从局部变量表(内存)读到寄存器；2增:寄存器中自增；3更新: 写回局部变量表，这3步可能被其他线程打断而导致数据相互覆盖。

    两个线程里各i++ 100次，值范围是？

    2-200；线程1取i，线程2取i，都为0，1增了99次，i=99写回内存，此时线程2写回内存，内存i=1，线程1第100次读i=1，自增完为2还没写回，轮到线程2增100次，写回i=100并结束，此时线程1才把他的2写回给内存，那么最终结果就是2。 如果俩线程轮流操作，最终就是200。

  • 动态链接

    链接指的是一些C++、C程序，调用的方法无法在编译时确定下来，程序运行时，将方法的符号引用转为直接引用，这个过程具备动态性，所以是动态链接。(在编译时确定下来直接转为直接引用的叫静态链接)。

  • 方法返回地址

• 本地方法栈

  hotspot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。本地方法可以通过JNI(Java Native Interface)访问虚拟机运行时数据，甚至调用寄存器，如JNI著名的本地方法System.currentTimeMillis()

  功能类似虚拟机栈，调用本地方法时，储存本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址等。JVM调用java方法会创建帧栈并压入虚拟机栈，但调native方法(大部分是c/c++实现)帧栈不变只会简单的动态链接调用。生亡随线程的线程私有栈、也会抛出OOM、StackOverflow等错误

• 程序计数器(Program Counter Register)

  线程私有，较小的内存空间，指向当前程序运行指令的地址。若执行native方法则为空，执行java方法才不为空。是JVM内存区域唯一一个不会OOM的区域。

• 方法区(也叫non-heap)

  java8前Hotspot实现方法区是永久代(Perm)，java8以后就移至元空间(Metaspace)，原永久代的字符串常量池移至堆，其他移至元空间，元空间直接在本地分配内存。好处有：可以减少OOM的出现几率；提高GC收集效率；类信息等难以确定大小，故对于永久代大小也难以指定，太小太大都不好，移至元空间无需考虑这个问题。

  线程共享，储存已被加载的类信息、常量、静态字段等，此区垃圾收集行为较少甚至不实现。

• 堆

  JVM 默认堆大小：初始值为物理内存的1/64（Xms）；最大值为物理内存的1/4（Xmx）

  设置非堆 初始/最大 大小(默认和堆一样的规则)：-XX:PermSize / -XXMaxPermSize。

  线程共享，是内存最大的一块(-Xmx,-Xms来指定堆大、小)，所有对象实例都在这分配内存，是GC主要的工作区域，可以分为新生代和老年代，新生代又分为Eden、To survivor、from survivor，还可以划分为多个线程私有的分配缓存区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)

• 直接内存

  不适于JVM内的内存区域，如NIO允许使用直接内存用于数据缓存区。

JVM架构模型

JVM是运行于操作系统之上的一个进程，负责将java字节码通过JIT执行引擎翻译成各个平台的机器指令执行，因为有了JVM，所以java语言的特性就是一次编写到处运行。

JVM功能模块主要包括 类加载器 和 执行引擎，执行引擎包括即时编译器JIT、垃圾回收器GC、解释器。JVM运行java程序的(类的加载、执行)过程：写的JAVA源程序通过编译器编译(javac xxx.java)为字节码，在JVM中经过类装载器(java xxx.class)将字节码加载到内存中，由字节码校验器进行检查验证，验证通过后由解释器翻译成对应平台的机器码进行逐行解释执行，解释到哪就执行到哪。为了优化解释器执行效率，就有了JIT编译器，JIT能检测热点代码，一次性转为机器码缓存起来，避免逐行执行低效率问题。HotSpot默认用解释器+C2编译器(也可以分层编译)。

java编译器输入指令流是基于栈的指令集架构，其优点是 实现简单、避免了寄存器分配难题、操作都是依赖于栈的零地址指令(不设地址字段的指令)、指令集较小、不需要硬件支持、可移植性好。

基于寄存器指令集的架构: 如x86二进制指令集: PC和Davilik虚拟机(android)，依赖于硬件、可移植性差，但性能更高、完成同一操作的指令更少(以一/二/三指令指令地址为主)。

​ 考虑到java的可移植性，选用基于栈的指令集架构