兰州网站推,wordpress修改搜索框,海报设计模板网站,wordpress获取作者头像前言#xff1a; 当谈论 Java 程序的运行机制时#xff0c;JVM#xff08;Java 虚拟机#xff09;的运行时数据区是一个必不可少的话题。JVM 运行时数据区是 Java 程序在运行过程中分配内存和管理数据的重要区域#xff0c;它包括了方法区、堆、虚拟机栈、程序计数器和本地…前言 当谈论 Java 程序的运行机制时JVMJava 虚拟机的运行时数据区是一个必不可少的话题。JVM 运行时数据区是 Java 程序在运行过程中分配内存和管理数据的重要区域它包括了方法区、堆、虚拟机栈、程序计数器和本地方法栈等部分。了解 JVM 运行时数据区不仅有助于理解 Java 程序的运行原理还有助于优化程序的性能和解决一些与内存管理相关的问题。本文将从各个方面介绍 JVM 运行时数据区的结构和作用希望能够为读者提供全面深入的了解。
目录
前言
运行时数据区
程序计数器
Java虚拟机栈
本地方法栈
堆
方法区
杂项知识点
总结 运行时数据区 接下来我详细的讲解一下每一部分的作用
程序计数器
程序计数器Program Counter Register是 JVMJava 虚拟机中的一块较小的内存区域它是线程私有的即每个线程都有自己的程序计数器。程序计数器的作用是指示当前线程正在执行的虚拟机字节码指令的地址或者下一条需要执行的指令地址。
以下是程序计数器的一些重要作用 指示下一条指令的地址程序计数器存储着当前线程正在执行的虚拟机指令的地址当线程被调度并恢复执行时JVM 将根据程序计数器中的地址来获取下一条需要执行的指令。 线程切换时保持状态由于程序计数器是线程私有的因此在线程切换时程序计数器中的值会被保存和恢复。这保证了线程在恢复执行时能够继续执行之前的指令而不会出现混乱。 支持线程中断和恢复程序计数器的状态可以用来支持线程的中断和恢复机制。当一个线程被中断或者阻塞后又恢复执行时程序计数器可以确保线程能够从中断前的地方继续执行而不会跳转到其他位置。 处理异常跳转程序计数器还用于处理异常跳转例如在发生异常时程序计数器可以指示 JVM 跳转到异常处理代码的指令地址。
在 Java 虚拟机规范中程序计数器被定义为 JVM 中的一部分并且针对程序计数器的操作都是 JVM 指令集中的一部分。程序计数器的大小是固定的且不会发生内存溢出或内存泄露的情况因为它不涉及到对象的分配或垃圾回收。
Java虚拟机栈
Java 虚拟机栈JVM Stack是 Java 虚拟机JVM中的一块重要内存区域用于存储方法的局部变量、操作数栈、动态链接、返回地址以及方法出口等信息。每个线程在创建时都会在虚拟机栈中分配一个栈帧Stack Frame每当线程调用一个方法时JVM 都会在虚拟机栈中创建一个对应的栈帧用于存储该方法的相关信息 所谓的栈帧就是一个保存方法基本信息的容器。 以下是JAVA虚拟机栈的一些重要特点和作用 线程私有的数据区域与方法区和堆不同Java 虚拟机栈是线程私有的数据区域意味着每个线程在运行时都拥有自己的虚拟机栈用于存储线程独享的方法调用信息。 栈帧的结构每个栈帧包含局部变量表Local Variable Table、操作数栈Operand Stack、动态链接Dynamic Linking、方法返回地址和额外的附加信息。局部变量表用于存储方法的参数和局部变量操作数栈用于存储方法执行过程中的操作数动态链接用于指向当前方法在运行时常量池中的方法引用而方法返回地址用于存储方法调用后的返回地址。 栈帧的入栈与出栈当线程执行方法调用时对应的栈帧被压入虚拟机栈当方法执行结束后该栈帧被弹出栈。这种入栈与出栈的操作是基于方法的调用和返回关系进行的。 支持方法的递归调用虚拟机栈的存在支持了方法的递归调用每次递归调用都会在虚拟机栈中创建一个新的栈帧以便存储方法的局部变量和执行信息。 栈深度限制JVM 使用虚拟机栈来管理方法的调用和返回因此虚拟机栈的深度是有限制的。如果方法调用的层次太深虚拟机栈会发生栈溢出StackOverflowError。
Java 虚拟机栈在程序执行期间起着至关重要的作用它不仅存储方法的局部变量和执行信息还支持了方法的调用和返回。而JAVA虚拟机栈如果栈帧过多占用内存超过栈内存可以分配的最大大小就会出现内存溢出。
本地方法栈
本地方法栈Native Method Stack是 Java 虚拟机JVM中的一块内存区域用于支持执行 Java 虚拟机调用本地Native方法时的数据结构。与虚拟机栈类似本地方法栈也是线程私有的每个线程都有自己的本地方法栈用于执行本地方法时的方法调用和返回。
以下是本地方法栈的一些重要特点和作用 支持本地方法调用本地方法栈可以理解为虚拟机栈用于执行本地方法的部分。当 Java 虚拟机调用本地方法时本地方法栈会记录该调用的信息包括参数、局部变量等。 与虚拟机栈的区别虚拟机栈主要用于执行 Java 方法时的数据结构而本地方法栈用于执行本地方法时的数据结构。两者在结构上存在类似之处但在功能上有明显的区别。 本地方法栈的深度限制类似于虚拟机栈本地方法栈也有一定的深度限制。在执行本地方法调用时如果本地方法栈的深度超出了限制则会导致栈溢出错误。 安全性和性能本地方法栈的存在主要是为了提高 Java 虚拟机与本地方法库的安全性和性能使得 Java 虚拟机能够与本地代码进行无缝集成。
需要注意的是和虚拟机栈一样本地方法栈也属于 Java 虚拟机规范中定义的一部分不同的虚拟机对本地方法栈的大小和结构可能略有差异但其作用和功能是相似的。
总体来说本地方法栈是 Java 虚拟机用于支持本地方法调用的重要内存区域通过了解本地方法栈的结构和作用可以更好地理解 Java 虚拟机与本地方法库的交互过程提高代码的运行效率和安全性。 在Hotspot虚拟机中Java虚拟机栈和本地方法栈实现上使用了同一个栈空间 堆
堆是用于动态内存分配的一块内存区域用来存储对象实例和数组。在 Java 中所有的对象实例和数组都在堆上分配内存。堆内存支持动态分配和释放通过堆上的内存分配指针进行分配。这意味着对象可以在程序运行时动态创建并且可以根据需要动态调整堆的大小。堆内存在 Java 虚拟机中受到垃圾回收器的管理用于回收不再使用的对象释放其占用的内存。Java 的垃圾回收机制主要针对堆内存进行以确保内存的合理利用和程序的稳定性。
堆的结构划分 新生代Young Generation用于存放新创建的对象。通常被划分为 Eden 区和两个 Survivor 区。大部分对象在这里被创建然后经过几轮垃圾回收后如果仍然存活则会被移到老年代。 老年代Old Generation用于存放存活时间较久的对象即由新生代经过多次垃圾回收后依然存活下来的对象。 永久代/元空间PermGen/Metaspace在较早的 Java 版本中使用永久代PermGen来存放类的元数据、常量池等信息但在较新的版本中使用元空间Metaspace来代替。这部分内存主要用于存放类和方法的元信息以及一些静态的数据。
堆内存的划分 Used已使用表示当前已经被使用的堆内存大小即已经被分配给对象实例和数组的内存空间的大小。 Total总量表示当前堆内存的总大小即JVM当前所分配的堆内存的总量。包括已使用的内存和未被使用的内存。 Max最大值表示堆内存的最大可用空间大小即JVM所能申请到的最大堆内存大小。 而在实际业务中我们会直接把Total设置为和Max一样的大小这样避免了申请并分配内存时间上的开销。同时也不会出现内存过剩后堆收缩的情况。堆也是可以溢出的。 方法区
方法区Method Area是Java虚拟机JVM的一个重要组成部分它用于存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。在虚拟机规范中方法区是线程共享的。
方法区在虚拟机启动时被创建并且是一块连续的内存区域。它的大小可以固定也可以根据需要进行动态扩展。在HotSpot虚拟机中方法区的大小是固定的可以通过设置JVM参数来调整。
方法区主要存储以下内容 类信息包括类的完整结构、字段、方法、继承关系、接口等。 运行时常量池每个类都有一个运行时常量池在方法区中进行存储。它包含了字面量和符号引用。在早期字符串常量池是运行时常量池的一部分而在后续将二者进行了拆分 静态变量所有类的静态变量都存放在方法区中。 即时编译器编译后的代码JVM会将热点代码进行即时编译并将生成的本地机器码存储在方法区中。
以下是方法区的一些重要特点和作用 存储元数据方法区主要用于存储类的元数据、常量、静态变量以及类中的符号引用等信息。这些信息在类加载时被存储在方法区中对所有实例对象都是共享的。 无需手动内存管理方法区不需要像堆内存heap一样进行垃圾回收。这是因为方法区中存储的数据并不像堆内存中的对象一样动态地创建和销毁而是在类加载时确定并且通常在程序运行过程中保持不变。 永久代到元空间的变迁在较老的JVM版本中方法区通常被实现为永久代PermGen。但是从Java 8开始永久代被元空间Metaspace所取代。元空间不再受到默认的最大永久代大小的限制而是根据系统内存动态扩展。 动态性与永久代不同元空间的大小并不受默认设置或者-Xmx参数的限制它可以根据应用的实际需要动态变化。 类信息存储方法区将类的结构信息、即时编译的代码、常量池、静态变量等存储在内存中这些数据对于程序执行过程中的类加载、方法调用等起着关键作用。
虽然历代设计中方法区的空间一直很大但是他仍然有内存溢出的风险。
杂项知识点 1.一个字符对象如何判断是存储到字符串常量池还是堆中 在Java中字符串对象有可能存储在堆内存中也有可能存储在字符串常量池中这取决于字符串对象创建的方式。 字符串常量池: 当使用字面量形式创建字符串对象时例如 String s Hello这个字符串对象会被存储在字符串常量池中。字符串常量池是Java堆内存中的一部分用于存储字面量形式创建的字符串对象这样的设计可以避免重复存储相同内容的字符串。 堆内存: 当使用 new 关键字显式创建字符串对象时例如 String s new String(Hello)这个字符串对象会被存储在堆内存中。这种方式会在堆内存中创建一个新的字符串对象即使字符串内容在常量池中已经存在。
因此字符串对象既可以存储在堆内存中也可以存储在字符串常量池中取决于字符串对象的创建方式。需要注意的是通过 intern() 方法可以将堆内存中的字符串对象手动放入字符串常量池中
总结
JVMJava虚拟机运行时数据区是Java程序执行过程中存储和管理数据的内存区域它被划分为多个不同的区域包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器等。
首先方法区在Java 8及之前称为永久代存储每个类的结构信息、静态变量、常量以及编译后的方法字节码。它在运行时可以被多个线程共享是被所有线程共享的内存区域之一。
其次堆是存储对象实例和数组的内存区域它是Java程序中最常用的数据结构之一。堆的特点是可以动态分配内存当程序运行时可以动态地创建对象实例而且它是所有线程共享的内存区域。
虚拟机栈用于存储线程执行方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量和操作数而栈帧则会随着方法执行的结束而被销毁。
本地方法栈则与虚拟机栈类似不同在于虚拟机栈是为Java方法服务而本地方法栈则是为native方法使用C、C等语言编写的方法服务。
最后程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器它在多线程环境下为每个线程都分配一个独立的程序计数器用于记录当前线程执行的位置是线程私有的内存区域。
总的来说JVM运行时数据区域在Java程序执行过程中起着至关重要的作用通过合理管理这些数据区域可以优化程序的性能和内存的利用也有助于理解Java程序的执行机制和内存管理原理
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