初识JVM及jvm运行时数据区和jvm内存模型的区别

怼烎@ 2022-05-21 11:13 263阅读 0赞

众所周知Java从95年出世之后就一直处于语言排行榜的 top 前几位，最主要的原因是因为Java的内存管理机制，我们coding 只管new 对象（前提是正常编码）从来基本没有考虑过对象怎么存在，如何销毁释放等问题。其次就是Java 的跨平台性，准确来说应该是Java一次编译多处运行，是基于不同操作系统安装不同的Java运行所需的jvm才能完成如此强大的跨平台运行。

学习jvm之前先来普及一下jdk、jre、jvm三者的联系和作用：**JDK(Java Development Kit)** 是 Java 语言的软件开发工具包([SDK][])，主要用于移动设备、嵌入式设备上的java应用程序。JDK是整个java开发的核心，它包含了JAVA的运行环境（JVM+Java系统类库）和JAVA工具。**JRE为Java Runtime Environment**的简称，Java Runtime Environment（包括Java Plug-in）是[Sun][]的产品，包括两部分：Java Runtime Environment和Java Plug-in。JavaRuntimeEnvironment(JRE)是可以在其上运行、测试和传输应用程序的Java平台。**它包括Java****[虚拟机][Link 1]**（jvm）、Java核心类库和支持文件。它不包含开发工具(JDK)--[***编译器***][Link 2]**、****调试器和其它工具。**JRE需要辅助软件--Java Plug-in--以便在浏览器中运行[applet][]。**JVM是Java Virtual Machine**（Java[虚拟机][Link 1]）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，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。

![70][]

相信如果之前对jvm不是太了解的应该也会多少明白些。下面就认识一下jvm的运行时数据区和jvm的内存模型。

**jvm运行时数据区**

![70 1][]                     ![70 2][]

**程序计数器****(Program Counter (PC) Register)：**官方解释是指向当前线程正在执行的字节码指令的地址、行号。明明说了当前线程正在执行的字节码，为什么还要存储它的地址行号呢？原因是CPU工作的原理是有任务调度的，有可能该字节码没有执行完毕就被挂起啦，这样解释可能就容易理解了。

**虚拟机栈****(Java Virtual Machine Stacks)****：**栈是一种数据结构，数据结构是存储数据的，因此虚拟机栈就是当前线程运行方法是所需的数据、指令以及返回地址。虚拟机栈是first in last out，里面的每执行一个方法就是一个栈帧，递归的方法（进过实例测试递归多少次就会有多少栈帧）。

**本地方法栈**** (Native Method Stacks)：**本地方法栈与虚拟机栈发挥的功能非常类似，只是虚拟机栈为虚拟机执行java方法而服务，而本地方法栈为虚拟机执行native方法而服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出 StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。任何本地方法接口都会使用某种本地方法栈。当虚拟机调用java方法时，虚拟机会创建一个栈帧并且压入虚拟机栈；当虚拟机调用本地（native）方法时，虚拟机不会创建新的栈帧，虚拟机栈会保持不变，虚拟机只是简单的动态连接并直接调用相关的本地方法。

**方法区****(Method Area)：**方法区在JVM中也是一个非常重要的区域，它与堆一样，是被线程共享的区域。在方法区中，存储了每个类的信息（包括类的名称、方法信息、字段信息）、静态变量、常量以及编译器编译后的代码等。在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池，它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式，在类和接口被加载到JVM后，对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池，在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中，比如String的intern方法。

**堆(Heap Memory)****：**堆数据区是用来存放对象和数组（特殊的对象）。堆内存由多个线程共享。堆内存随着JVM启动而创建。众所周知，Java中有一个很好的特性就是自动垃圾回收。垃圾回收就操作这个数据区来回收对象进而释放内存。如果堆内存剩余的内存不足以满足于对象创建，JVM会抛出OutOfMemoryError错误。

1. 存储的全部是对象，每个对象包含一个与之对应的class信息–class的目的是得到操作指令。   
      2. jvm只有一个堆区（heap）被所有线程共享，堆区中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身。   
      3. 堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，因为它是在运行时动态分配内存的，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。   
      4. 缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

jvm的内存模型

![70 3][]

颜色和jvm运行时数据区上面的一致就代表那个区域，

Heap(Java堆)

几乎所有对象实例和数组都要在堆上分配(栈上分配、标量替换除外), 因此是VM管理的最大一块内存, 也是垃圾收集器的主要活动区域. 由于现代VM采用分代收集算法, 因此Java堆从GC的角度还可以细分为: 新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代; 而从内存分配的角度来看, 线程共享的Java堆还还可以划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB). 而进一步划分的目的是为了更好地回收内存和更快地分配内存.

Method Area(方法区)

即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被JVM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. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。

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