Java | JVM Java虚拟机

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

JVM是建立在操作系统（如：Windows、Mac、Linux）之上的，可以理解为JVM一端连接的是统一的Java语言接口，另一端是适配不同的操作系统的接口，程序员只需关注Java的编写，不同的操作系统上只需下载不同的JVM，JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译，实现一次编写到处运行。

目前最常用的JVM是Hotspot，JDK8的版本，本文即使对此的说明。

 

 

 

一、JVM的内存区域

JVM的运行区域主要包括5个大类：元空间、堆、虚拟机栈、本地方法栈。上图JVM示意图中背景色绿色的部分（虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器）表示线程私有的，而白色的部分（元空间、堆）是线程共享的。

另外还有三个组件：执行引擎、本地方法接口、本地方法库，虽然图上也比较详细，但大家看看就好，稍微有个了解，最重要的就是上面的5个区域，重中之重是堆和虚拟机栈。

执行引擎是作为Java生命周期中的一个执行者，而JVM运行区域更像是一个容器。包括从.java文件编译成.class文件开始，再到加载、连接、初始化、使用和卸载，详细见下图。（这里可以再开一篇类的声明过程）

本地方法接口和本地方法库主要对应的是非Java语言，如：C、C++等，加载进本地方法栈进行调用。

 

 

 

1.1 程序计数器

先从线程私有的区域开始说起，程序计数器记录的是当前字节码指令的地址，如果是Native方法，则计数器为空，占用的空间比较小，每个线程都会配备一个，此内存区域也是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

 

1.2 虚拟机栈（Stack）

虚拟机栈的数据结构是栈（Stack），数据遵守先进后出FILO（First In Last Out）的原则，虚拟机栈中的是以方法为基本单位的，每个栈帧对应的就是一个方法。当栈帧一直压入而不弹出（如一些死循环的递归方法），栈帧大于虚拟机所允许的深度，是会出现栈内存溢出错误的（StackOverflowError）。

需要注意的是：局部变量表中存放的一些数据，八大原始类型，即基本数据类型，存放的是数据的值，而引用数据类型存放的是对象的引用地址，指向堆内存或常量池中。

 

1.3 本地方法栈

结构上与虚拟机栈类似，但执行的是Native方法。

 

接下来说一下线程共享的区域。

1.4 元空间

在JDK1.7以前，元空间都是叫做方法区的，虽然在逻辑上是独立的空间，但实际上就是放在堆中。在JDK1.8之后，取消了方法区，改叫做元空间（Meta Data Space），存储区域其实也不在JVM中了，放到了本地内存中。

主要存放类信息、运行时常量池、永久代和一些即使编译器编译后的代码（即.class文件代码），运行时常量池主要包括常量、静态变量、基本数据类型和字符串字面量（与字符串常量池的引用值保持一致）。JDK1.6及之前运行时常量池在方法区，JDK1.7将其放入堆中单独划分的一个区域，JKD1.8又将其放入元空间，这里需要与堆中的字符串常量池进行区分。

 

1.5 堆（Heap）

堆中的存储区域主要分为两块：新生区和老年区，新生区大概占堆内存的1/3，老年区占2/3。

新生区又分为三个区域：伊甸园区（Eden）、幸存0区、幸存1区（这结构就跟套娃一样，也有人把直接新生区叫做伊甸园区的，我们这里还是做一下区分），伊甸园区大概占新生区内存的8/10，幸存0区占1/10，幸存1区也占1/10。

为什么堆里面还分这么多区域？这主要涉及到垃圾回收算法GC，本文主要做个大概的介绍，具体内容后续可以新开一篇进行说明。

堆是JVM管理的内存最大的一块，主要存放对象的实例、数组，还有字符串常量池，字符串常量池存放的时字符串的引用而不是实例，实例对象会在堆中开辟一块空间存放。

String s1 = new String("hello");
String s2 = new String("hello");

会产生3个实例对象，s1 != s2，两个在堆中，一个在运行时常量池中，字符串常量池的引用指向运行时常量池。

使用“双引号”的字符串，首先会从字符串常量池中寻找，如果找不到会new；而使用new String则不会寻找，而是直接new对象。

下面的代码的结果是（比较地址）:

  • s3 != s6

  • s4 !=s6

  • s5 == s6

  • s9 == s10 == s11

String s1 = "hello";
String s2 = "world";
String s3 = "helloworld";
String s4 = s1 + "world";
String s5 = s1 + s2;
String s6 = "hello"+"world";
​
final String s7 = "hello";
final String s8 = "world";
String s9 = "helloworld";
String s10 = s7 + "world";
String s11 = s7 + s8;

需要注意的是如果只声明s6，而无s1，s2，字符串常量池中只会存"helloworld"的引用值，而不会存"hello"和"world"。

 

二、.class文件

class文件就是编译器编译之后供虚拟机解释执行的二进制字节码文件，详细内容可见下图（仅作了解，没什么用）：

有对Java指令感兴趣的，可以自行百度：Java指令码表。

 

 

 

三、垃圾回收算法GC

只做大概框架性的介绍，具体内容以后再填坑。

  1. 引用计数法（JVM中不使用，仅作了解）

  • 对象引用次数为0时，可以立即垃圾回收；

  • 不需要另外的GC线程。

  • 计数器本身有消耗，每次赋值都要做相当大的计算；

  • 无法回收循环引用的对象。

  1. 复制算法（轻GC）

  • 效率高，时间复杂度低；

  • 空间整齐度高。

  • 使用空间扩大一倍，空间复杂度高；

  • 对象存活率高的情况下，复制非常耗时。

  1. 标记清除算法（重GC）

  • 空间利用率高，空间复杂度低。

  • 效率低，时间复杂度高；

  • 空间整齐度低。

  1. 标记压缩算法（重GC）

  • 空间利用率高，空间复杂度低；

  • 空间整齐度高。

  • 效率低，时间复杂度高。

 

四、JVM性能调优

JVM调优是为了使用较小的内存获得较高的吞吐量或者较低的延迟，这里只提一下，具体内容以后填坑。

默认情况下，JVM能分配到的最大内存大概是电脑总内存的1/4，初始化内存大概是电脑总内存的1/64。JVM调优可以自己设置分配大小，也可以分配垃圾回收的策略，也可以Dump下错误记录后进行性能分析（性能分析工具：JProfiler）。

一些常用的调优参数示例：

-Xms1m   // 设置初始化内存为1m
-Xmx8m   // 设置JVM最大内存为8m
-XX:+PrintGCDetails   // 打印GC详情
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  // Dump堆内存溢出错误

 

 

 

posted @ 2021-09-24 00:29  ジョカ  阅读(99)  评论(0)    收藏  举报