JAVA虚拟机(JVM)详细讲解(二)——内存的划分

我们知道,在C++语言里,如果想使用一个对象,需要对其进行new操作;如果不用这个对象了,需要对其进行delete操作。一旦开发人员忘记写delete语句了,就会造成内存泄露。【内存被对象占用着不还,就叫内存泄露。】

我们知道,在C++语言里,如果想使用一个对象,需要对其进行new操作;如果不用这个对象了,需要对其进行delete操作。一旦开发人员忘记写delete语句了,就会造成内存泄露。【内存被对象占用着不还,就叫内存泄露。】

java就聪明了,它从“手动”进化成了“自动”,把内存的控制权力交给了虚拟机。下面我们就来窥探一下jvm是怎么进行自动内存管理的。

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自动内存管理分为两部分

给对象分配内存和回收分配给对象的内存。在本篇我们说说前者,也就是内存划分和内存分配。下篇再说GC(垃圾回收)。

1、内存划分

我们来看看虚拟机内存里都有什么东西。JVM的内存区域大致分为Class文件、类装载子系统、运行时数据区、执行引擎。今天我们只说说运行时数据区。【这张图是基于JDK7的。JDK7以前,常量池是存放在方法区的。从JDK7以后,常量池放到了堆中。】

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线程公有

在运行时数据区中,方法区和堆是属于线程公有的,也就是这两块区域是“循环利用”的,所以要对其进行垃圾回收。其是在虚拟机启动时创建。

线程私有

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是属于线程私有的,其与线程“同生死”,属于“一次性”的,所以不用对其进行垃圾回收。

(一)方法区

存储已被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码等数据。
其中有一个运行时常量池。其存储的是Class文件中描述的符号引用,直接引用。在编译期和运行期都可以将新的常量放入此池子中。

(2) 堆

概念:如果说栈解决的是程序运行问题,即程序如何处理数据;则堆解决的是数据存储问题,即数据怎么放,放在哪。

特点:

a、堆是虚拟机内存中最大的一块,大概占内存的四分之三。比如一个32位windows平台中每个进程有2GB的内存,则一般将1.5GB的内存划分给堆。可见堆的所占空间之大。
b、可处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。

作用:

存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

分类:

从内存回收的角度看,分为新生代和老年代。
从内存分配的角度看,可划分出多个线程私有的分配缓冲区。

(3)虚拟机栈

虚拟机栈里面存储的是栈帧,栈帧里面存储的是局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。

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栈中的栈帧

每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧,一个方法从调用到执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧中的局部变量表

存放的是编译期可知的各种基本数据类型,对象引用,returnAddress类型。所以其所需的内存空间在编译期间就能完成分配,在运行期间不会改变其大小。

在分配基本数据类型所占的空间时,除了64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间,其余的数据类型只占用1个。

(4)本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈的作用是相同的,只不过虚拟机栈执行的是java方法,本地方法栈执行的是Native方法。
java方法就是开发人员写的java代码,Native方法就是一个java调用非java代码的接口。

(5)程序计数器

程序计数器中存放的是当前线程所执行的字节码的行号。jvm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。

2、内存分配

这部分我们说说对象在java堆中是如何分配,布局和访问的,以及内存分配的原则。

对象的创建

我们用new来创建对象,来看看系统运行到new时,虚拟机在干什么。此时的类就像一块肉,他要经过层层安检,才能到达人类的饭桌。第一步:查看在常量池中是否有对应的符号引用。【在方法区中进行】

第二步:查看此类是否被加载,解析和初始化过。【在方法区中进行】

第三步:领取新生对象的内存。有两种方式:指针碰撞和空闲列表。【在堆中进行】

第四步:将分配到的内存空间初始化为零值。

第五步:对对象进行必要的设置,比如其是哪个类的实例,对象的哈希码之类的。这些信息存放在对象的对象头之中

第六步:如果java代码中对对象进行了赋初值,则会进行第六步:执行< init >方法。此方法的作用就是对对象进行初始化。

对象的内存布局

对象在内存中的存储布局分为3部分:对象头+实例数据+对齐填充

对象头

对象头里面有两部分信息:

(1)运行时数据,包括哈希码,GC分代年龄,锁状态标志等。

(2)类型指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

实例数据

实例数据中存放的是代码中定义的各种类型的字段内容。

对齐填充

对齐填充起的是占位符的作用,不是必然存在的。其只要保证对象的大小是8字节的整数倍即可。

对象的访问定位

建立完对象后,我们就可以使用对象了。在使用时,怎么才能找到想找的对象?有两种方式:句柄和直接指针

句柄:

句柄访问就是在java堆中划分出一块内存来作为句柄池,句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自具体的地址信息。

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直接指针:

直接指针之所以“直接”,是因为它去除了句柄这个中介。所以在速度上比句柄快。在HotSpot虚拟机中,使用的是这种方式。

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说完了对象在java堆中是如何分配,布局和访问的,接下来我们说说内存分配的原则

内存分配的原则:

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堆大致分为新生代,老年代,永久代。对象的内存分配主要分配在新生代的Eden区,少数情况下会直接分配到老年代中。分配的规则不是100%固定的,取决于垃圾收集器组合和参数设置等。下面有几条分配原则可供参考。

(1)对象优先在Eden分配。

(2)大对象直接进入老年代。

(3)长期存活的对象将进入老年代。

(4)动态对象年龄判定。

(5)空间分配担保。

以上便是JAVA虚拟机中关于内存的划分部分,更多问题请访问PHP中文网:JAVA视频教程

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