博大精深的JAVA虚拟机内存模型JMM

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虚拟机内存模型

从属于线程的内存区域(栈、计数器)

JVM 的内存划分中,有部分区域是线程私有的,有部分是属于整个 JVM 进程;我们将 这部分归为一类。

程序计数器

  1. 程序计数器(Program Counter Register),在 JVM 规范中,每个线程都有自己的 程序计数器。这是一块比较小的内存空间,存储当前线程正在执行的 Java 方法的 JVM 指令地址,即字节码的行号。如果正在执行 Native 方法,则这个计数器为空。

虚拟机栈

  1. Java 虚拟机栈(Java Virtal Machine Stack),同样也是属于线程私有区域,每个线 程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈,生命周期与线程一致,线程退出时,线程的虚拟机栈也回收。虚拟机栈内部保持一个个的栈帧,每次方法调用都会进行压栈,JVM 对栈帧的 操作只有出栈和压栈两种,方法调用结束时会进行出栈操作。该区域存储着局部变量表,编译时期可知的各种基本类型数据、对象引用、方法出口等信息。

本地方法栈

  1. 本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈类似,本地方法栈是在调用本地方法时使用的栈,每个线程都有一个本地方法栈。

堆(heap)

堆(Heap),几乎所有创建的 Java 对象实例,都是被直接分配到堆上的。堆被所有的线程所共享,在堆上的区域,会被垃圾回收器做进一步划分,例如新生代、老年代的划分。 Java 虚拟机在启动的时候,可以使用“Xmx”之类的参数指定堆区域的大小。

方法区(Method Area)

方法区与堆一样,也是所有的线程所共享,存储被虚拟机加载的元(Meta)数据,包 括类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。方法区是一种 java 虚拟机的规范。由于方法区存储的数据和堆中存储的数据一致,实质上也是堆,因此,在不同的 JDK 版本中方法区的实现方式不一样。

JDK7 以前,方法区就是堆中的“永久代”。 JDK7 开始去“永久代”,把静态变量、字符串常量池都挪到了堆内存中。

JDK8 以后,“永久代”不存在了。存储的类信息、编译后的代码数据等已经移动到了 MetaSpace(元空间)中,元空间并没有处于堆内存上,而是(直接内存)直接占用的本地内存(NativeMemory)。

虽然,方法区几经变迁,但是对于我们学习的时候,仍然可以按照最初的规范讲解,也就是方法区里面存放静态变量,字符串常量池,类信息,编译器编译后的代码!!!

运行时常量池(Run-Time Constant Pool)(方法区中)

这是方法区的一部分。常量池主要存放两大类常量:

  1. 字面量(Literal),如文本字符串、final 常量值。

  2. 符号引用,存放了与编译相关的一些常量,因为 Java 不像 C++那样有连接的过程, 因此字段方法这些符号引用在运行期就需要进行转换,以便得到真正的内存入口地址。

直接内存(Direct Memory)

直接内存并不属于 Java 规范规定的属于 Java 虚拟机运行时数据区的一部分。Java 的 NIO 可以使用 Native 方法直接在 java 堆外分配内存,使用 DirectByteBuffer 对象作为这 个堆外内存的引用。

程序执行的内存分析过程

将 JAVA 虚拟机内存模型进行简化。简单的分为三个区域:虚拟机栈 stack、堆 heap、 方法区 method area。

虚拟机栈(简称:栈)的特点如下:

  1. 栈描述的是方法执行的内存模型。每个方法被调用都会创建一个栈帧(存储局部变量、操作数、方法出口等)

  2. JVM 为每个线程创建一个栈,用于存放该线程执行方法的信息(实际参数、局部变量等)

3. 栈属于线程私有,不能实现线程间的共享!

  1. 栈的存储特性是“先进后出,后进先出”

  2. 栈是由系统自动分配,速度快!栈是一个连续的内存空间!

堆的特点如下:

  1. 堆用于存储创建好的对象和数组(数组也是对象)

2. JVM 只有一个堆,被所有线程共享

3. 堆是一个不连续的内存空间,分配灵活,速度慢!

方法区(又叫静态区,也是堆)特点如下:

1. 方法区是 JAVA 虚拟机规范,可以有不同的实现。

i. JDK7 以前是“永久代”

ii. JDK7 部分去除“永久代”,静态变量、字符串常量池都挪到了堆内存中

iii. JDK8 是“元数据空间”和堆结合起来。

成员变量:同一类的不同对象有不同的成员变量存储空间。

成员方法:同一类的每个对象共享该类的方法。

参数传值机制

Java 中,方法中所有参数都是“值传递”,也就是“传递的是值的副本”。 也就是说, 我们得到的是“原参数的复印件,而不是原件”。

基本数据类型参数的传值

传递的是变量值的副本。 副本改变不会影响原件。

引用类型参数的传值

传递的是变量值(指针)的副本。但是引用类型指的是“对象的地址”。因此,副本和原参数都指向了同一个“地址”,改变“副本指向地址对象的值,也意味着原参数指向对象的值也发生了 改变”。