• JVM - 运行时数据区


    目录

    RunTime

    线程

    JVM系统线程

    程序计数器(PC寄存器)

    PC寄存器为什么被设定为线程私有?

    PC寄存器存储字节码指令有什么作用?为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址?

    虚拟机栈

    虚拟机栈参数

    验证

    栈中的存储单位

    栈的运行原理

    栈帧的内部结构

    局部变量表

     Slot 重复利用

     操作数栈

     动态链接 

     方法的调用 

    方法返回地址

     一些附加信息

    本地方法栈

    设置大小

    对象分配过程

    调优

     Minor GC \ Major GC \ Full GC

     内存分配策略

     对象分配过程 TLAB

    逃逸分析 

     代码优化策略

    方法区


            内存是非常重要的系统资源,是硬盘和CPU的中间仓库及桥梁,承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略,保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异,结合JVM虚拟机规范,来探讨经典的JVM内存布局。

             Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区,其中有一些会随着虚拟机启动而创建,随着虚拟机退出而销毁,另外一些则是于线程一一对应,这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。

                                    

    RunTime

    一个JVM对应着一个运行时环境,

    线程

            线程是一个程序的运行单元,Jvm允许一个应用有多个线程并行的执行。

            在Hotspot JVM种,每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。

                    - 当一个Java线程准备好执行后,此时一个操作系统的本地线程也会同时创建。Java线程执行终止后,本地线程也会回收。

            操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上,一旦本地线程初始化成功,它就会调用Java线程的run()方法。

    JVM系统线程

            - 虚拟机线程 

            - 周期任务线程

            - GC线程

            - 编译线程

            - 信号调度线程

    程序计数器(PC寄存器)

    第 2 章。Java 虚拟机的结构 (oracle.com)  2.5.1

            JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。

            它是一块很小的内存空间,几乎可以忽略不记,也是运行速度最快的存储区域。

            在JVM规范中,每个线程都有它自己的程序计数器,是线程私有的,生命周期与线程生命周期保持一致。

            任何时间一个线程都只有一个方法执行,也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址,或者如果是在执行native方法则是未指定值(undefined)

            它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

            字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令

            它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOtMemoryError情况的区域

    PC寄存器为什么被设定为线程私有?

            CPU不停的做任务切换,这样必然会导致经常中断和恢复,为了能够准确记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址,最好的方式自然是为每个线程都分配一个PC寄存器,这样一来各个线程之间便可以独立计算,从而不会出现互相干扰的情况。

    PC寄存器存储字节码指令有什么作用?为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址?

            因为CPU需要不停的切换各个线程,此时切换回来之后就需要知道从哪开始继续执行。

            JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令。

    虚拟机栈

    第 2 章。Java 虚拟机的结构 (oracle.com) 2.5.2

            由于跨平台的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同,所以不能设计为基于寄存器的。

            优点是跨平台,指令集小,编译器容易实现,缺点是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。

            Java虚拟机栈,每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈,其内部包括了一个个的栈帧,对应着一次次方法调用

            栈的生命周期与线程一致

            主管Java程序的运行,保存方法的局部变量(8种基本类型、引用类型对象的引用地址)、部分结果并参与方法的调用返回

            栈不会GC,但是会出现OOM

            栈的内存可以不是连续的。

            Java虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的,或者固定不变的

                    - 如果采用固定大小的Java虚拟机栈,那每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量,Java虚拟机栈将会抛出StackOverflowError异常

                    - 如果Java虚拟机栈可以动态扩展,并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存,或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈,将会抛出OutOfMemoryError异常

    虚拟机栈参数

    Tools and Commands Reference (oracle.com)https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/tools/java.html#GUID-3B1CE181-CD30-4178-9602-230B800D4FAE通过-Xss指定虚拟机栈大小

    验证

    1. public class StackTest1 {
    2. private static int count = 1;
    3. public static void main(String[] args) {
    4. System.out.println(count);
    5. count++;
    6. main(args);
    7. }
    8. }
    9. //使用默认栈大小 可以打印 11422
    10. //设置-Xss256k 可以打印 2456

                    

    栈中的存储单位

            每个线程都有自己的栈,栈中的数据都是以栈帧(Stack Frame)的格式存在。

            在这个线程上正在执行的每个方法都对应一个栈帧

            栈帧是一个内存区域,是一个数据集,维系着方法执行过程中的各种数据信息。

    栈的运行原理

            JVM直接对Java栈的操作只有两个,就是对栈帧的压栈和出栈,遵循”先进后出“,”后进先出“的原则。

            在一条活动线程中,一个时间点上只会有一个活动的栈帧,即只有当前正在执行的方法的栈帧是有效的,这个栈帧称为当前栈帧(Current Frame),与当前栈帧对应的是当前方法(Current Method),定义这个方法的类就是当前类(Current Class)。

            执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。

            如果在该方法中调用了其他方法,对应的新的栈帧会被创建出来,放在栈的顶端成为新的当前栈帧。

             不同的线程所包含的栈是不允许存在互相引用,即不可能在一个栈帧之中引用另一个线程的栈帧。

            Java方法有两种返回函数的方式,一种是正常的函数返回,使用return指令,另一种是抛出异常,都会导致栈帧弹出。

    栈帧的内部结构

    局部变量表

            也称为局部变量数组或本地变量表

            定义为一个数字数组,主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量,这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用以及returnAddress类型

            由于局部变量表是建立在线程的栈上,是线程的私有数据,因此不存在数据安全问题

            局部变量表所需的容器大小是编译器确定下来的,并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项种。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

            参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始的,到数组长度-1的索引结束。

            局部变量表,最基本的存储单元是Slot(变量槽)

            局部变量表中存放编译器可知的各种基本数据类型(8种),引用类型(reference),returnAddress类型的变量。

            在局部变量表里,32位以内的类型只占用一个slot(包括returnAddress类型),64位的类型(long/double)占用两个slot

            byte、short、char、float、boolean(0false 1true)在存储前被转换为int ,4字节乘8位 32

            long和double 则占据两个Slot  8字节乘8位  64

     Slot 重复利用

     操作数栈

           

    栈顶缓存技术

    动态链接、附加信息、方法返回地址 (可以统称为 帧数据区)

     动态链接 

     方法的调用 

     

     

     

     

     

     

     

    方法返回地址

     

     

     一些附加信息

    本地方法栈

     

    设置大小

    -Xms10m  -Xmx10m

    默认堆空间大小: 物理内存大小 / 64  , 最大内存大小: 物理内存大小 / 4

    1. public class Demo3 {
    2. public static void main(String[] args) {
    3. long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
    4. long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
    5. System.out.println("-Xms : " + initialMemory / 1024 / 1024 + "M");
    6. System.out.println("-Xmx : " + maxMemory /1024 / 1024+ "M");
    7. }
    8. }
    9. //查看打印细节 Vm 参数
    10. -XX:+PrintGCDetails
    11. //指令
    12. jps + jstat -gc 进程id

     默认 Young区比例是 8:1:1 但是有自适应机制可能实际并不是 8:1:1 可以通过-XXsurvivorRatio=9 显示的定义

     -Xmn 设置新生代的空间的大小 

    对象分配过程

     

     

     

     

    调优

     Minor GC \ Major GC \ Full GC

     

     

     

     内存分配策略

     对象分配过程 TLAB

     

     

     

    逃逸分析 

     

     代码优化策略

     

     

     

    方法区 - 元空间

    栈、堆、元空间的交互关系

     

     

     

     

     

     设置大小

     

     方法区存储的信息

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    演进

     

     

     

     

    小结

     

  • 相关阅读:
    2022年技术胖私藏工具分享
    OpenGL ES glew 下载和使用
    【机器学习】实验3布置:贝叶斯垃圾邮件识别
    Apache shiro 漏洞总结
    通信达交易接口的http协议
    【scikit-learn基础】--『预处理』之 分类编码
    python对象持久化shelve模块
    torch.nn.init.kaiming_normal_
    选举
    shell之常见网络命令介绍
  • 原文地址:https://blog.csdn.net/qq_41149775/article/details/127404432