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Java虚拟机内存模型

章节 JVM结构 运行时数据区（Java run time data area） 方法区－线程共享 堆区 －线程共享 Java栈 －线程私有 native 本地方法栈－线程私有 PC寄存器 － 线程私有 类加载器子系统 ClassLoader 概述 类加载时机 ClassLoader 分类 ClassLoader 工作原理 装载 链接 初始化 执行引擎 1. JVM结构 1、JVM 主要由类加载器、Java运行时数据区、执行引擎以及本地方法接口组成。 2、Java 运行时数据区由 方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈组成。 3、本地方法栈、PC寄存器、Java栈是由每个线程私有的；方法区、堆是所有java线程共享的。 2.运行时数据区 2.1 Java 栈 1.Java栈与线程关联在一起，new Thread() 后会为当前线程创建对应的Java栈。 2.每个Java 栈中会包含多个栈帧，每个栈帧与每个运行中的方法对应起来。 3.运行一个方法创建一个栈帧，方法运行结束，栈帧弹出栈顶。 2.1.1 局部变量区 局部变量区 包含 方法参数、和局部变量、基本类型变量、对象引用。 2.1.2 操作数栈 进行入栈出栈基本操作。在计算时，操作数栈出栈，计算完毕后再入栈。 2.1.3 帧数据区 1.记录 存储类的相关信息的常量池的 指针 ，便于解析。 2.帮助方法正常返回：恢复调用该方法的栈帧、设置PC寄存器指向 调用方法对应的下一条指令、把返回值压入调用方法的栈帧中的操作 数栈中。 2.2 本地方法栈 本地方法栈类似于Java栈，主要存储本地方法调用状态。 本地方法栈为JVM调用native方法服务。 2.3 PC寄存器/程序计数器 记录当前线程即将执行的下一条指令的地址。 2.4 方法区 类型信息和类的静态变量都存储在方法区中 方法区中每个类存储了以下数据： 1.类及其父类的全限定名 2.类的类型 class or interface 3.访问的修饰符 （public abstract final） 4.实现的接口的全限定名的列表 5.字段信息 6.方法信息 7.静态变量 8.常量池 9.ClassLoader 引用 10.Class引用 注意：可见类的所有信息都存储在方法区中，由于方法区是线程共享的，所以必须保证线程安全。 举例：两个类要同时加载一个尚未被加载的类，那么一个类会请求它 的ClassLoader去加载需要的类，另一个类只能等待而不会重复加 载。 2.4.1 常量池 常量池本身是方法区中的一个数据结构： 1、常量池中存储了如字符串(有些地方称之为字符串池)、final 变量值，类名和方法名常量。 2.常量池中数据在编译器就被确定，保存在.class文件中。 分为两类： 字面量：final变量、字符串 引用量：类名、方法名、类和接口的全限定名 3.方法区对应持久代(Permanent Generation)，默认大小16M,最大值 64M。大小通过参数来设置，-XX:permSize 指定初始值，-XX:MaxPermSize 指定最大值。 2.5 堆 1.堆是JVM管理的内存中最大的一块，是被所有Java线程共享的， 不是线程安全的，在JVM启动时创建。 2.堆用于存储对象实例以及数组值。 3.堆中有指向方法区中常量池中类信息的指针 4.堆中存放了指向方法表的指针 5.堆中实例数据包含了对象锁 monitor 对象， 2.5.1 分代管理模式-新生代、老年代 1.新生代（New Generation） 大多数情况下对象被分配在新生代，新生代由Eden Space 和两块相同大小的Survivor Space 组成。 后两者主要用于Minor GC 时的对象复制。 2.老年代 （Old Generation/Tenuring Generation） 在新生代存活时间较久的对象会被转入老年代，老年代进行垃圾回收的频率没有新生代高。 3.类加载器子系统（Class Loader） 3.1 类加载器概述 类加载器子系统负责加载编译好的.class 字节码文件，一般情况下类 在编译成.class 文件之后，立即被装入内存，使JVM可以实例化或以 其他方式使用加载后的类。JVM的类加载子系统支持在运行时的动态 加载(Java 反射)，动态加载可以节省内存空间。 3.2 类加载的时机 类加载时机 含义 举例 静态加载 静态加载类，在编译时刻就需要加载所有可能使用到的类 如 new Word() 动态加载 属于延迟加载的模式，在java反射中会用到，首先节省内存，另外一个是动态加载类，这种方式在动态工厂方法中也会用到，这个生成类的util类只需要被加载一次就可以了 如 class.forName this.getClass() Class.class 三种方式实现运行时加载 3.3 ClassLoader 分类 1.启动类加载器 （Bootstrap ClassLoader），java rt.jar 负责加载java 核心类 2.扩展类加载器 （Extension ClassLoader），负责加载一些扩展功能的jar包 3.系统类加载器 (System ClassLoader )，负责加载启动参数中制定的ClassPath 中的jar 包及目录。我们自己写的Java类也是由该ClassLoader加载的。 4.用户自定义类加载器 （UserDefined Classloader）：用户自定义类的加载规则，可以手动控制加载过程中的步骤。 3.4 ClassLoader的工作原理 类加载分为三个过程：装载、链接、初始化3.4.1 装载 1. 通过类的全限定名和Classloader 加载类，主要是将指定的.class 文件加载至jvm当中，类加载之后，jvm内部使用类的全限定名＋ ClassLoader实例ID 标明类。 2.ClassLoader 实例 与 类实例位于堆中，他们的类信息位于方法区中 3.装载过程使用“ 双亲委派模型”,当一个ClassLoader要加载类时，他 会先请求他的双亲ClassLoader，即整个加载类的请求不断上抛，直 到启动类加载器。只有其双亲ClassLoader无法加载指定的类时，它 才会自己加载类。 4.不同类加载器之间是无法交互的，即使是同一个类，被不同的 ClassLoader加载，他们也无法感知彼此的存在。 3.4.2 链接 1.验证：校验.class文件的正确性，确保改文件是符合规范定义的 2.准备：为类分配内存，同时初始化类中的静态变量赋值为默认值。 3.解析：主要把类的常量池中的符号引用解析为直接引用。 3.4.3 初始化 定义：初始化类中的静态变量，并执行类中的static代码，构造函数。 初始化类的时机 1.通过new关键字、反射、clone、反序列化机制实例化对象 2.调用类的静态方法 3.使用类的静态变量或对其赋值 4.通过反射调用类的方法 5.初始化该类子类，其父类必须已经被初始化 6.具有main方法的类。
2018-05-28

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