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JVM——Java虚拟机架构
 
作者:SEU_Calvin
178 次浏览     评价:  
 2020-2-6
 
编辑推荐:
本文主要讲解JVM结构图 ,ClassLoader,执行引擎,Runtime DataArea,本地方法栈,希望对您能有所帮助。
本文来自于csdn,由火龙果软件Delores编辑推荐

Java虚拟机(Java virtualmachine)实现了Java语言最重要的特征:即平台无关性。

平台无关性原理:编译后的Java程序(.class文件)由JVM执行。JVM屏蔽了与具体平台相关的信息,使程序可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。因此实现Java平台无关性。

1. JVM结构图

JVM =类加载器classloader +执行引擎executionengine +运行时数据区域runtime data area

首先Java源代码文件被Java编译器编译为字节码文件,然后JVM中的类加载器加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程中,JVM中的运行时数据区(内存)会用来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息。

因此,在Java中我们常常说到的内存管理就是针对这段空间进行管理(如何分配和回收内存空间)。

2. ClassLoader

Classloader把硬盘上的class文件加载到JVM中的运行时数据区域,但是它不负责这个类文件能否执行,而这个是执行引擎负责的。

限于篇幅,类加载器的组织结构,加载类的机制原理等会在JVM——类加载器总结一文中描述。

双亲委派模型以及自定义类加载器会在JVM——自定义类加载器一文中描述。

3. 执行引擎

作用:执行字节码,或者执行本地方法。

4. Runtime DataArea

JVM在运行期间,在运行时数据区对JVM内存空间的划分和分配,划分为了以下几个区域来存储。

(图注:JDK1.7已经把常量池转移到堆里面了!)

PC计数器(The PCRegister)

(1)每一个Java线程都有一个PC寄存器,用以记录比如在线程切换回来后恢复到正确的执行位置。

(2)如该线程正在执行一个Java方法,则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码地址,如执行native方法,则计数器值为空。

(3)此内存区域是唯一一个在JVM中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

JVM栈(Java Virtual MachineStacks)

(1)JVM栈是线程私有的,并且生命周期与线程相同。并且当线程运行完毕后,相应内存也就被自动回收。

(2)栈里面存放的元素叫栈帧,每个方法从调用到执行结束,其实是对应一个栈帧的入栈和出栈。栈帧用于存储执行方法时的一些数据,如局部变量表、操作数栈(执行引擎计算时需要),方法出口等等。

(3)这个区域可能有两种异常:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常(如:将一个函数反复递归自己,最终会出现这种异常)。如果JVM栈可以动态扩展(大部分JVM是可以的),当扩展时无法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈(Native Method Stacks)

(1)本地方法栈与JVM栈的作用很相似,他们的区别在于虚拟机栈是为执行Java代码方法服务,而本地方法栈是为Native方法服务。

(2)和JVM栈一样,这个区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

方法区(Method Area)

(1)方法区域是全局共享的,比如每个线程都可以访问同一个类的静态变量。在方法区中,存储了已被JVM加载的类的信息、静态变量、编译器编译后的代码等。如,当程序中通过getName、isInterface等方法来获取信息时,这些数据来源于方法区。

(2)由于使用反射机制的原因,虚拟机很难推测哪个类信息不再使用,因此这块区域的回收很难!另外,对这块区域主要是针对常量池回收,值得注意的是JDK1.7已经把常量池转移到堆里面了。

(3)同样,当方法区无法满足内存分配需求时,会抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池(Runtime Constant Pool)

(1)存放类中固定的常量信息、方法引用信息等,其空间从方法区域(JDK1.7后为堆空间)中分配。

(2)Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有就是常量表,用于存放编译期已可知的常量,这部分内容将在类加载后进入方法区(永久代)存放。但是Java语言并不要求常量一定只有编译期预置入Class的常量表的内容才能进入方法区常量池,运行期间也可将新内容放入常量池(最典型的String.intern()方法)。

(3)当常量池无法在申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常,上面也分析过了。

Java堆

(1)Java堆是JVM所管理的最大的一块内存。它是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。

(2)几乎所有的实例对象都是在这块区域中存放。(JIT编译器貌似不是这样的)。

(3)Java堆是垃圾收集管理的主要战场。所有Java堆可以细分为:新生代和老年代。再细致分就是把新生代分为:Eden空间、FromSurvivor空间、To Survivor空间。JVM具体的垃圾回收机制总结请查看我的另外一篇JVM——内存管理和垃圾回收。

(4)根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。

如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

5. 堆和栈的区别

这是一个非常常见的面试题,主要从以下几个方面来回答。

(1)各司其职

最主要的区别就是栈内存用来存储局部变量和方法调用信息。

而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量、局部变量还是类变量,它们指向的对象都存储在堆内存中。

(2)空间大小

栈的内存要远远小于堆内存,如果你使用递归的话,那么你的栈很快就会充满并产生StackOverFlowError。

关于如何设置堆栈内存的大小,可以查看JVM——内存管理和垃圾回收中的相关介绍。

(3)独有还是共享

栈内存归属于线程的私有内存,每个线程都会有一个栈内存,其存储的变量只能在其所属线程中可见。

而堆内存中的对象对所有线程可见,可以被所有线程访问。

(4)异常错误

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常。

如果JVM栈可以动态扩展(大部分JVM是可以的),当扩展时无法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。

而堆内存没有可用的空间存储生成的对象,JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError。

 
   
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