用图示和代码理解JVM

来自:Java识堂,作者:李立敏

1

JDK JRE JVM的联系


JVM Java Virtual Machine
JDK Java Development Kit
JRE Java Runtime Environment
看上图官方的介绍讲的很清楚


2

JVM的作用


JVM有2个特别有意思的特性,语言无关性和平台无关性。


语言无关性是指实现了Java虚拟机规范的语言可以在JVM上运行,如Groovy,和在大数据领域比较火的语言Scala,因为JVM最终运行的是class文件,只要最终的class文件符合规范就可以在JVM上运行。


平台无关性是指安装在不同平台的JVM会把class文件解释为本地的机器指令,从而实现Write Once,Run Anywhere


3

JVM运行时数据区

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域


其中方法区和堆是所有线程共享的数据区
程序计数器,虚拟机栈,本地方法栈是线程隔离的数据区,画一个逻辑图


程序计数器


程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器


为什么要记录当前线程所执行的字节码的行号?直接执行完不就可以了吗?


因为代码是在线程中运行的,线程有可能被挂起。即CPU一会执行线程A,线程A还没有执行完被挂起了,接着执行线程B,最后又来执行线程A了,CPU得知道执行线程A的哪一部分指令,线程计数器会告诉CPU。


虚拟机栈


虚拟机栈存储当前线程运行方法所需要的数据,指令,返回地址。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈道出栈的过程。


局部变量表存储存储局部变量,是一个定长为32位的局部变量空间。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用一个。引用类型(new出来的对象)如何存储?看如下代码和图


public int methodOne(int a, int b) {
    Object obj = new Object();
    return a + b;
}


如果局部变量是Java的8种基本基本数据类型,则存在局部变量表中,如果是引用类型。如new出来的String,局部变量表中存的是引用,而实例在堆中。


假如methodOne方法调用methodTwo方法时, 虚拟机栈的情况如下

会先压入methodOne的栈帧,再压入methodTwo的栈帧

当虚拟机栈无法再放下栈帧的时候,就会出现StackOverflowError,演示一下

public class JavaVMStackSOF {

    private int stackLength = 1;

    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
        try {
            oom.stackLeak();
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println("stack length: " + oom.stackLength);
            throw e;
        }
    }
}


在idea中设置运行时的线程的堆栈大小为如下

-Xss 参数的作用是设置每个线程的堆栈大小


运行输出为

-Xss参数的值越大,打印输出的深度越大,因为堆栈越大,能放的栈帧越多


接着解释一下操作数栈


假如Test.java中有如下方法,
public int getSum(int a, int b) {
    return a + b;
}


反编译生成的Test.class文件,并输出到show.txt中

javap -v Test.class > show.txt


show.txt的getSum内容如下

public int getSum(int, int);
  descriptor: (II)I
  flags: ACC_PUBLIC
  Code:
    stack=2, locals=3, args_size=3
       0: iload_1
       1: iload_2
       2: iadd
       3: ireturn
    LineNumberTable:
      line 12: 0


解释一下上面的语句

iload_1 : 局部变量1压栈
iload_2 : 局部变量2压栈
iadd : 栈顶2个元素相加,计算结果压栈


简单2个数相加都会用到栈,这个栈就是操作数栈,更不用说复杂的语法了


本地方法栈


本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈锁发挥的作用是非常相似的,他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。


Java堆


对于大多数应用来说,Java堆(Java Heap)是Java虚拟机锁管理的内存中最大的一块。Java堆是所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存


方法区


方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码等数据。


4

JVM内存模型

由颜色可以看出,jdk1.8之前,堆内存被分为新生代,老年代,永久带,jdk1.8及以后堆内存被分成了新生代和老年代。新生代的区域又分为eden区,s0区,s1区,默认比例是8:1:1,元空间可以理解为直接的物理内存

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