Java代码说明JVM内存布局

小灰灰 2020-05-14 15:59 716阅读 0赞

#  Java代码说明JVM内存布局

通常情况下，我们在研究JVM内存布局的时候，主要研究的就是Java虚拟机栈和堆(Heap)。这也是大多人将Java虚拟机内存粗分为栈内存和堆内存的原因。然后从另外一个角度，HotSpot虚拟机已经将Java虚拟机栈和本地方法栈合并了，和方法区也是堆内存的逻辑组成部分。因此这里我们也粗分为堆内存和栈内存，用具体的Java代码来说明对象在内存中的布局。

这张图演示了Java内存模型的逻辑视图。
![](/images/1589471941708.png)

每一个运行在Java虚拟机里的线程都拥有自己的线程栈。这个线程栈包含了这个线程调用的方法当前执行点相关的信息。一个线程仅能访问自己的线程栈。一个线程创建的本地变量对其它线程不可见，仅自己可见。即使两个线程执行同样的代码，这两个线程任然在在自己的线程栈中的代码来创建本地变量。因此，每个线程 拥有每个本地变量的独有版本。

所有原始类型(int,long...)的本地变量都存放在线程栈上，因此对其它线程不可见。一个线程可能向另一个线程传递一个原始类型变量的拷贝，但是它不能共享这个原始类型变量自身。

堆上包含在Java程序中创建的所有对象，无论是哪一个对象创建的。这包括原始类型的对象版本。如果一个对象被创建然后赋值给一个局部变量，或者用来作为另一个对象的成员变量，这个对象任然是存放在堆上。

下面这张图演示了调用栈和本地变量存放在线程栈上，对象存放在堆上。

![](/images/1589471926520.png)

- 一个本地变量可能是原始类型，在这种情况下，它总是“呆在”线程栈上。
- 一个本地变量也可能是指向一个对象的一个引用。在这种情况下，引用（这个本地变量）存放在线程栈上，但是对象本身存放在堆上。
- 一个对象可能包含方法，这些方法可能包含本地变量。这些本地变量任然存放在线程栈上，即使这些方法所属的对象存放在堆上。
- 一个对象的成员变量可能随着这个对象自身存放在堆上。不管这个成员变量是原始类型还是引用类型。
- 静态成员变量跟随着类定义一起也存放在堆上。
- 存放在堆上的对象可以被所有持有对这个对象引用的线程访问。当一个线程可以访问一个对象时，它也可以访问这个对象的成员变量。如果两个线程同时调用同一个对象上的同一个方法，它们将会都访问这个对象的成员变量，但是每一个线程都拥有这个本地变量的私有拷贝。

下图演示了上面提到的点：
![](/images/1589471900415.png)

两个线程拥有一些列的本地变量。其中一个本地变量（Local Variable 2）执行堆上的一个共享对象（Object 3）。这两个线程分别拥有同一个对象的不同引用。这些引用都是本地变量，因此存放在各自线程的线程栈上。这两个不同的引用指向堆上同一个对象。

注意，这个共享对象（Object 3）持有Object2和Object4一个引用作为其成员变量（如图中Object3指向Object2和Object4的箭头）。通过在Object3中这些成员变量引用，这两个线程就可以访问Object2和Object4。

这张图也展示了指向堆上两个不同对象的一个本地变量。在这种情况下，指向两个不同对象的引用不是同一个对象。理论上，两个线程都可以访问Object1和Object5，如果两个线程都拥有两个对象的引用。但是在上图中，每一个线程仅有一个引用指向两个对象其中之一。

因此，什么类型的Java代码会导致上面的内存图呢？如下所示：

```java
public class MyRunnable implements Runnable() {
 
    public void run() {
        methodOne();
    }
 
    public void methodOne() {
        int localVariable1 = 45;
 
        MySharedObject localVariable2 =
            MySharedObject.sharedInstance;
 
        //... do more with local variables.
 
        methodTwo();
    }
 
    public void methodTwo() {
        Integer localVariable1 = new Integer(99);
 
        //... do more with local variable.
    }
}
 
 
public class MySharedObject {
 
    //static variable pointing to instance of MySharedObject
 
    public static final MySharedObject sharedInstance =
        new MySharedObject();
 
 
    //member variables pointing to two objects on the heap
 
    public Integer object2 = new Integer(22);
    public Integer object4 = new Integer(44);
 
    public long member1 = 12345;
    public long member1 = 67890;
}

```

如果两个线程同时执行run()方法，就会出现上图所示的情景。run()方法调用methodOne()方法，methodOne()调用methodTwo()方法。

`methodOne()`声明了一个原始类型的本地变量和一个引用类型的本地变量。

每个线程执行`methodOne()`都会在它们对应的线程栈上创建`localVariable1`和`localVariable2`的私有拷贝。`localVariable1`变量彼此完全独立，仅“生活”在每个线程的线程栈上。一个线程看不到另一个线程对它的`localVariable1`私有拷贝做出的修改。

每个线程执行`methodOne()`时也将会创建它们各自的`localVariable2`拷贝。然而，两个`localVariable2`的不同拷贝都指向堆上的同一个对象。代码中通过一个静态变量设置`localVariable2`指向一个对象引用。仅存在一个静态变量的一份拷贝，这份拷贝存放在堆上。因此，`localVariable2`的两份拷贝都指向由`MySharedObject`指向的静态变量的同一个实例。`MySharedObject`实例也存放在堆上。它对应于上图中的Object3。

注意，`MySharedObject`类也包含两个成员变量。这些成员变量随着这个对象存放在堆上。这两个成员变量指向另外两个`Integer`对象。这些`Integer`对象对应于上图中的Object2和Object4.

注意，`methodTwo()`创建一个名为`localVariable`的本地变量。这个成员变量是一个指向一个`Integer`对象的对象引用。这个方法设置`localVariable1`引用指向一个新的`Integer`实例。在执行`methodTwo`方法时，`localVariable1`引用将会在每个线程中存放一份拷贝。这两个`Integer`对象实例化将会被存储堆上，但是每次执行这个方法时，这个方法都会创建一个新的`Integer`对象，两个线程执行这个方法将会创建两个不同的`Integer`实例。`methodTwo`方法创建的`Integer`对象对应于上图中的Object1和Object5。

还有一点，`MySharedObject`类中的两个`long`类型的成员变量是原始类型的。因为，这些变量是成员变量，所以它们任然随着该对象存放在堆上，仅有本地变量存放在线程栈上。