Java虚拟机与垃圾回收知识点梳理(一)

Java内存区域

运行时数据区域

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如图所示,是Java虚拟机运行时数据区的内存划分。其中方法区,堆是所有线程共享的区域;虚拟机栈,本地方法栈,程序计数器是线程私有的区域。

程序计数器

1.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,它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
2.多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储。

Java虚拟机栈

1.每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
2.此内存区域可出现两种异常情况:
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;
如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展,当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

1.本地方法栈为虚拟机使用到的本地(Native)方法服务。
2.本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

1.Java堆(Java Heap)是虚拟机所管理的内存最大的一块区域。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例
2.Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。所以也叫GC堆。
3.如果在Java堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区也是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
特别注意:方法区是JVM 的规范,永久代(PermGen space)是HotSpot对这种规范的实现。
在 JDK 8 中, HotSpot 已经没有 “PermGen space”(永久代)这个区间了,取而代之的是 Metaspace(元空间)。原因是随着动态类加载的情况越来越多,这块内存变得不太可控,如果设置小了,系统运行过程中就容易出现内存溢出,设置大了又浪费内存。
元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制

HotSpot虚拟机

目前最常用的虚拟机HotSpot虚拟机,以此为例讨论一下java虚拟机规范的具体实现方案。

对象的创建

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对象的内存布局

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当对象头中的Mark Word中的锁状态是其他状态时,Mark Word中的主要存储内容如下表
HotSpot虚拟机对象头Mark Word

对象的访问定位

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句柄

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使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要被修改。

直接指针(Hotspot)

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使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快,它节省了一次指针定位的时间开销,由于对象访问在Java中非常频繁,因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本

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