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java之JVM内存结构

java之JVM内存结构

关于JVM

Java Virtual Mechinal(JAVA虚拟机)。JVM是JRE的一部分,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有自己完善的硬件架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。JVM 的主要工作是解释自己的指令集(即字节码)并映射到本地的 CPU 的指令集或 OS 的系统调用。Java语言是跨平台运行的,其实就是不同的操作系统,使用不同的JVM映射规则,让其与操作系统无关,完成了跨平台性。JVM 对上层的 Java 源文件是不关心的,它关注的只是由源文件生成的类文件( class file )。类文件的组成包括 JVM 指令集,符号表以及一些补助信息。

一、java内存组成介绍:堆(Heap)非堆(Non-heap)内存

按照官方的说法:“Java 虚拟机具有一个堆,堆是运行时数据区域,所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。可以看出JVM主要管理两种类型的内存:堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存,是留给开发人员使用的;非堆就是JVM留给 自己用的,所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法 的代码都在非堆内存中。

二、JVM内存结构

Java虚拟机会将内存分为几个不同的管理区,这些区域各自有各自的用途,根据不同的特点,承担不同的任务以及在垃圾回收时运用不同的算法。总体分为下面几个部分:

程序计数器(Program Counter Register)、JVM虚拟机栈(JVM Stacks)、本地方法栈(Native Method Stacks)、堆(Heap)、方法区(Method Area)

如图 :

1、程序计数器(Program Counter Register)

是最小的一块内存区域,它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器,在虚拟机的模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成。

2、JVM虚拟机栈(JVM Stacks)

描述的是java 方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候 都会创建一个“栈帧”用于存储局部变量表(包括参数)、操作栈、方法出口等信息。每个方法被调用到执行完的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。声明周期与线程相同,是线程私有的。

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型(booleanbytecharshortintfloatlongdouble)、对象引用(引用指针,并非对象本身),其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量的空间,其余数据类型只占1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量是完全确定的,在运行期间栈帧不会改变局部变量表的大小空间。

3、本地方法栈(Native Method Stacks)

从名字即可看出,本地方法栈就是用来处理Java中的本地方法的,Java类的祖先类Object中有众多Native方法,如hashCode()、wait()等,他们的执行很多时候是借助于操作系统,但是JVM需要对他们做一些规范,来处理他们的执行过程。此区域,可以有不同的实现方法,向我们常用的Sun的JVM就是本地方法栈和JVM虚拟机栈是同一个

4、堆(Heap)

也叫做java 堆、GC堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块内存区域,也是被各个线程共享的内存区域,在JVM启动时创建。该内存区域存放了对象实例及数组(所有new的对象)。其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置,-Xms为JVM启动时申请的最小内存,默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G,-Xmx为JVM可申请的最大内存,默认为物理内存的1/4但小于1G,默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小,可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列;当空余堆内存大于70%时,JVM会减小heap的大小到-Xms指定的大小,可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列,对于运行系统,为避免在运行时频繁调整Heap的大小,通常-Xms与-Xmx的值设成一样。

5、方法区(Method Area)

也称”永久代” 、“非堆”, 它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、是各个线程共享的内存区域。默认最小值为16MB,最大值为64MB,可以通过-XX:PermSize-XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。

运行时常量池:是方法区的一部分,其中的主要内容来自于JVM对Class的加载。

Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译器生成的各种符号引用,这部分内容将在类加载后放到方法区的运行时常量池中。

三、直接内存

直接内存并不是虚拟机内存的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。jdk1.4中新加入的NIO,引入了通道与缓冲区的IO方式,它可以调用Native方法直接分配堆外内存,这个堆外内存就是本机内存,不会影响到堆内存的大小。

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