虛擬機系列 | JVM運行時數據區

• 2020 年 9 月 24 日
• 筆記
• Java編程 核心基礎, JVM, 記憶體, 虛擬機, 運行時數據區

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一、記憶體與執行緒

1、記憶體結構

記憶體是電腦的重要部件之一,它是外存與CPU進行溝通的橋樑，電腦中所有程式的運行都在記憶體中進行，記憶體性能的強弱影響電腦整體發揮的水平。JVM的記憶體結構規定Java程式在執行時記憶體的申請、劃分、使用、回收的管理策略，通說來說JVM的記憶體管理指運行時數據區這一大塊的管理。

2、執行緒運行

JVM中一個應用是可以有多個執行緒並行執行，執行緒被一對一映射為服務所在作業系統執行緒，調度在可用的CPU上執行，啟動時會創建一個作業系統執行緒；當該執行緒終止時，這個作業系統執行緒也會被回收。

在虛擬機啟動運行時，會創建多個執行緒，數據區中有的模組是執行緒共享的，有的是執行緒私有的：

執行緒共享：元數據區、堆Heap；

執行緒私有：虛擬機棧、本地方法棧、程式計數器；

單個CPU在特定時刻只能執行一個執行緒，所以多執行緒通過幾塊空間的使用，然後不斷的爭搶CPU的執行時間段。

二、元數據空間

基本描述

方法元空間(方法區)在JVM啟動的時候被創建，是被各個執行緒共享的記憶體空間，用於存放類和方法的元數據以及常量池，比如Class和Method。

在實際的開發中，經常因為載入的類太多，進而導致記憶體溢出問題，這樣可以對元空間的大小進行擴展。

與堆的關係

元空間存放載入的類資訊，當類被實例化時，堆中存儲實例化的對象資訊，並且通過對象類型數據的指針找到類。

三、堆空間

基本描述

JVM啟動時創建堆區，是記憶體管理的核心區，通常情況下也是最大的記憶體空間，是被所有執行緒共享的，幾乎所有的對象實例都要在堆中分配記憶體，所以這裡也是垃圾回收的重點空間。

堆棧關係

棧是JVM運行時的單位，堆是存儲單位，當棧中方法結束，相關對象失去所有引用後，不會馬上被移除堆空間，要等到垃圾收集器運行的時候。

四、虛擬機棧

虛擬機棧(Java棧)在每個執行緒創建時都會生成一個虛擬機棧，棧的內部是一個個棧幀單元，對應Java方法的調用，其生命周期和執行緒周期保持一致。用來存儲方法的局部遍歷，部分執行結果，方法的調用和返回。

棧幀是方法執行的數據集，維持執行過程中的各種數據資訊，執行的方法依次入棧，棧頂存放當前要執行的方法，執行結束後出棧，對於棧沒有垃圾回收問題。

五、程式計數器

基本描述

JVM中程式計數暫存器用來存儲下一條將要執行指令的地址，執行引擎獲取到指令後進行執行，是執行緒私有的。它可以看作是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。

前後關係

執行緒在獲取CPU的時間段內執行程式碼，但是執行緒隨時可能沒有執行完就被掛起，等到執行緒A再次獲取CPU執行時，CPU 得知道執行到執行緒A的哪一個指令，程式計數器會存儲該動作。

六、本地方法棧

本地方法棧與虛擬機棧所起到的作用是類似的，虛擬機棧為虛擬機執行Java方法，本地方法棧管理虛擬機使用到的 本地方法，在虛擬機規範中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與數據結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。HotSpot虛擬機直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。

七、源程式碼地址

GitHub·地址
//github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
//gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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