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你真的了解JVM?JVM中有哪些內(nèi)存區(qū)域，都有哪些作用？
作者：正號先生 2019-07-16 14:59:00
云計算
虛擬化 什么是JVM內(nèi)存區(qū)域劃分?其實這個問題非常簡單，JVM在運(yùn)行我們寫好的代碼時，他是必須使用多塊內(nèi)存空間的，不同的內(nèi)存空間用來放不同的數(shù)據(jù)，然后配合我們寫的代碼流程，才能讓我們的系統(tǒng)運(yùn)行起來。
1.0 前言
之前我們探討過一個.class文件是如何被加載到j(luò)vm中的。但是jvm內(nèi)又是如何劃分內(nèi)存的呢?這個內(nèi)被加載到了那一塊內(nèi)存中?jvm內(nèi)存劃分也是面試當(dāng)中必被問到的一個面試題。
1.1 什么是JVM內(nèi)存區(qū)域劃分?
其實這個問題非常簡單，JVM在運(yùn)行我們寫好的代碼時，他是必須使用多塊內(nèi)存空間的，不同的內(nèi)存空間用來放不同的數(shù)據(jù)，然后配合我們寫的代碼流程，才能讓我們的系統(tǒng)運(yùn)行起來。
舉個最簡單的例子，比如咱們現(xiàn)在知道了JVM會加載類到內(nèi)存里來供后續(xù)運(yùn)行，那么我問問大家，這些類加載到內(nèi)存以后，放到哪兒去了呢?想過這個問題嗎?
所以JVM里就必須有一塊內(nèi)存區(qū)域，用來存放我們寫的那些類。
包括我們定義的成員變量，類變量，方法，局部變量等等，都在jvm內(nèi)存中對應(yīng)著一塊內(nèi)存來記錄存儲。
2.0 存放類的方法區(qū)
在JDK1.8之前的版本里，代表JVM的一塊區(qū)域。在1.8版本以后，這塊區(qū)域的名字改了，叫做“Matespace”，可以認(rèn)為是“元數(shù)據(jù)空間”這樣的意思，當(dāng)然這里主要存放的還是我們自己寫的各種類的相關(guān)信息。
舉個栗子。有如下兩個類，People類沒有成員變量，而Student類有一個name的類變量。
- public class Student{
- private static String name = "lisi";
- }
- public class People{
- public static void main(){
- Student student = new Student();
- }
- }
這兩個類被加載到JVM，就會存放在這個方法區(qū)里面(注意：如果讀過我之前的章節(jié)，就會明白這里的加載代表的是：加載->驗證->準(zhǔn)備->解析->初始化，類的所有類變量都會被賦值)。如下圖
3.0 執(zhí)行程序代碼指令的計數(shù)器
我們知道，被加載到j(luò)vm的類對象是我們寫的.java文件被編譯之后的.class文件。
在編譯過后會將我們的代碼編譯成計算機(jī)能讀懂的字節(jié)碼。而這個.calss文件就是，就是我們代碼編譯好的字節(jié)碼了。
加載到內(nèi)存以后，字節(jié)碼執(zhí)行引擎就開始工作了。去執(zhí)行我們編譯出來的代碼指令，如下圖
此時問題來了，我們是不是需要一塊內(nèi)存空間來記錄我們字節(jié)碼執(zhí)行引擎目前執(zhí)行到了哪行代碼?這一塊特殊的內(nèi)存區(qū)域就是“程序計數(shù)器”
這個程序計數(shù)器就是用來記錄當(dāng)前執(zhí)行的字節(jié)碼指令的位置。
如下圖：
到這里我相信會有人產(chǎn)生疑惑，就按照當(dāng)前的代碼順序執(zhí)行就行了，為什么要記錄執(zhí)行到哪里了?
因為我們寫好的代碼可能會開啟多個線程并發(fā)的執(zhí)行不同的代碼。可能當(dāng)前線程這段代碼還沒有執(zhí)行完畢，就上下文切換到另一段代碼中。
當(dāng)線程再次上下文切換到之前的代碼時，就需要一個專門記錄當(dāng)前線程執(zhí)行到了哪一條字節(jié)碼。所以，每一個線程都有這自己的程序計數(shù)器。
如下圖：
4.0 Java虛擬機(jī)棧
java代碼在執(zhí)行的時候，一定是某個線程來執(zhí)行某個方法中的代碼。
當(dāng)線程執(zhí)行到某個方法的時候，如果這個方法有局部變量，那么就需要一塊區(qū)域來存放局部變量的數(shù)據(jù)信息。這個區(qū)域就叫做java虛擬機(jī)棧。
每一個線程都有一個自己的java虛擬機(jī)棧，比如說當(dāng)執(zhí)行main方法的時候就會有一個main線程，用來存放main方法中定義的局部變量
- public static void main(){
- People people = new People();
- int i = 9;
- }
比如上面的main()方法中，其實就有一個"people"的局部變量，他是引用一個People的實例對象的，這個對象我們先不管他。然后有一個"i"的局部變量。
如下圖：
我想大家應(yīng)該都知道棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，后進(jìn)先出。當(dāng)方法執(zhí)行完畢以后，這個棧楨就會出棧，里面的局部變量信息就會從內(nèi)存刪除。所以局部變量是線程安全的。因為只有當(dāng)前線程能獲取到這個值。
為什么要用后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?
假設(shè)a方法當(dāng)中同步調(diào)用b方法，此時a方法的棧楨先入棧，然后再是b方法的棧楨入棧。b方法執(zhí)行完畢后，b方法的棧楨出棧，繼續(xù)執(zhí)行a方法。所以使用一個后進(jìn)先出的棧結(jié)構(gòu)是非常***的。
此時jvm的內(nèi)存模型圖如下：
5.0 Java虛擬機(jī)堆內(nèi)存
這一塊內(nèi)存是非常非常重要的。
我們實例化的所有對象都是存放在這個內(nèi)存中。這個實例化的對象里面會包含一些數(shù)據(jù)，我們用上面的代碼來做栗子。
- public class Student{
- private String name = "lisi";
- public String getNmae(){
- return name;
- }
- }
- public class People{
- public static void main(){
- Student student = new Student();
- student.getName();
- }
- }
還是這個代碼，當(dāng)main線程執(zhí)行main()方法的時候，首先在堆內(nèi)存中實例化Student對象，然后在局部變量中創(chuàng)建student，student存的是實例化Student對象的內(nèi)存地址。然后執(zhí)行Student對象的getName()方法。
如下圖：
由上圖可以看出來，棧空間是封閉的，是線程安全的，而堆內(nèi)存中是我們主要發(fā)生線程不安全的地方，因為堆內(nèi)存的空間所有的線程其實都是能共享的。
此時jvm的內(nèi)存劃分的最終模型為：
6.0 其他區(qū)域內(nèi)存
很多java程序猿對這一塊區(qū)域的接觸是非常少的。
其實在JDK的很多底層代碼API中，比如NIO。
如果你去看源碼會發(fā)現(xiàn)很多地方的代碼不是java寫的，而是走的native方法去調(diào)用本地操作系統(tǒng)里面的一些方法，可能調(diào)用的都是c語言寫的方法。
比如說：public native int hashCode();
在調(diào)用這種native方法的時候，就會有線程對應(yīng)的本地方法棧，這個其實類似于java虛擬機(jī)棧。也是存放各種native方法的局部變量表之類的信息。
還有一塊區(qū)域，是不是jvm的，通過NIO中的allocateDirect這種API，可以在jva堆外分配內(nèi)存空間，然后通過java虛擬機(jī)棧里的DirectByteBuffer來引用和操作堆外內(nèi)存空間。
7.0 總結(jié)
基本上jvm的核心內(nèi)存區(qū)域的功能都解釋清楚了，面試能回答到這一個地步應(yīng)該也能順利通過了。
我們需要重點關(guān)注的是方法區(qū)，程序計數(shù)器，java虛擬機(jī)棧和java堆內(nèi)存這些內(nèi)存區(qū)域的作用。
文章題目：你真的了解JVM?JVM中有哪些內(nèi)存區(qū)域，都有哪些作用？
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