JVM学习专题（二）内存模型深度剖析

目录

1.JVM结构体系

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2.跨平台特性 

3.JVM整体结构及内存模型

1.栈内存

1、栈帧：

1.局部变量表

2.操作数栈

3.动态链接

4.方法出口

2、创建对象

2.程序计数器：

3.方法区

​4.堆

5.本地方法区

6.总结

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1.JVM结构体系

JDK、JRE 和 JVM的包含关系：

1)JDK=JRE+ 开发工具集（例如Javac,java编译工具等)

2) JRE=JVM+JavaSE标准类库（java核心类库）

3) 如果只想运行开发好的 .class文件 只需要JRE

2.跨平台特性 

.java文件经过javac指令变成.class字节码文件 ，再通过java命令进入到java虚拟机里面运行，同样的文件到不同环境的jvm运行都会产生不同的二进制机器码，字节码是统一的，但JVM生成的机器码会因环境而异

一次编译，到处运行

每个不同版本的JDK内部都有对应的不同操作系统的jvm环境，也就是不同版本的jvm去实现的

3.JVM整体结构及内存模型

总共是有3块部分,运行流程也是如下：

1.类加载子系统

2.运行时数据区（内存模型）

3.字节码执行引擎

1.栈内存

我们来看一个简单的代码

比如我们有一个main主方法，当我们运行的时候会有一个主线程来运行这个方法，此时java虚拟机会在线程栈内分配一块独立的空间，用来存放我们线程执行过程中用到的局部变量。不同的线程执行都有自己的内存空间去放局部变量，这就是栈内存。每一个方法的局部变量都有在栈内存里面的一块栈帧内存区域来存放，每个栈帧区域都是独立的不会嵌套，这个栈就是数据结构的那个先进后出的栈，因此代码的从外到内执行变成了从上到下执行，符合！

上图代码的jvm处理字节码文件的指令：

1、栈帧：

栈帧的内部也有很多区域，如下图：

1.局部变量表

一开始存的就是具体方法的局部变量a之类的

​​数据类型​​	​​存储方式​​	​​示例​​
​​基本类型​​	直接存储值（int, float, boolean等）	int a = 10;
​​对象引用​​	存储指向堆内存对象的指针（reference）	String s = "hello";

后续会被操作数栈赋值 

2.操作数栈

比如上述代码的int a=2，常量2先通过JVM内的指令iconst_1压入操作数栈里，局部变量表中分配的一块内存空间给变量a，然后通过指令istore_1使常量2先出栈，再存入局部变量表使a=2赋值，注意，在JVM中字节码指令的执行是原子性的，istore_1​​原子操作​​，先弹出栈顶值，再存入局部变量表，保证每条指令在执行时 ​​不会被线程调度打断。

虽然运算过程发生在​​操作数栈​​内，但JVM执行算术指令时，​​必须先将操作数从栈顶弹出​​，运算完成后再将结果压回栈顶

3.动态链接

在运行时确定方法的实际调用地址​，比如动态链接确定实际调用的compute()方法，我们调用这个方法的时候得去知道这个方法内部有哪些指令，因为compute()已经放入常量池里面了，相当于目前只是个符号，当运行到这个符号的时候需要去解析，加载时会解析所有方法的符号引用，但​​非静态方法的绑定推迟到运行时​​（因多态，将符号引用Math.compute:()存入​​运行时常量池​​，但​​不解析具体地址​​，因可能有子类覆盖），所以compute()只能在程序运行的时候加载，程序运行的时候把符号引用转换成对应代码的内存直接地址（或者说是直接引用）​

4.方法出口

compute()方法执行完要出computr()方法的栈帧回到main（）方法的栈帧里面

2、创建对象

 

当我们new了一个对象之后，这个math对象会存入堆里面，但是此时栈里面的main()方法的栈帧里面也有一个局部变量表里的math变量,这两个math的关系是：

栈：本质是一个​​引用​​，存储堆里math对象的地址，类似于指针

堆：包含对象头（类型指针、GC标记等）、实例数据（字段）和方法表（vtable）等实际内容

因此我们可以得到一个结论：栈里面的很多局部变量都是指向堆里面的地址

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2.程序计数器：

程序计数器也是在一个线程里面的，和栈内存一样，是线程私有​​的内存区域。

作用：

1.​记录当前线程正在执行的字节码指令的地址​

2.存储下一条要执行的指令地址​

        当JVM执行字节码时，程序计数器(PC寄存器)会​​指向当前线程正在执行的指令的地址​​

3.控制程序执行流程​

        顺序执行​​：​​字节码执行引擎​​会动态修改程序计数器的值

4.线程切换后恢复执行​

        当线程被操作系统挂起（如时间片用完），PC会保存当前执行位置。

        线程恢复时，JVM根据程序计数器的值继续执行​​，确保程序逻辑正确。

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3.方法区

方法区存的是常量池，所以也叫运行时常量池

方法区=常量+静态变量+类信息

当我们new了一个静态变量的user对象，这个对象会存入堆里面，此时user变量是存入方法区里面的，因为他是静态变量，所以这里也是方法区里面的user变量指向堆里面的user对象

因此我们又可以得到一个结论：方法区里面的很多静态变量都是指向堆里面的地址

拓展一下常量池类型：

1. 类文件常量池​​ (Class File Constant Pool)

   • 存储在.class文件中
   • 包含编译期确定的各种符号引用和字面量

2. ​​运行时常量池​​ (Runtime Constant Pool)

   • 每个类/接口独有的
   • 在类加载时从类文件常量池创建

3. ​​字符串常量池​​ (String Constant Pool)

   • 专门存储字符串字面量
   • Java 7开始从方法区移到堆内存

4. ​​基本类型包装类常量池​​

   • 如IntegerCache、LongCache等
   • 缓存特定范围内的基本类型包装对象

5. ​​符号引用常量池​​ (Symbol Table)

   • JVM内部使用的符号表
   • 存储类、方法、字段等的符号引用

6. ​​动态常量池​​ (Dynamic Constant Pool)

   • Java 11引入
   • 支持动态语言特性

7. ​​本地方法常量池​​ (Native Method Constant Pool)

   • 为本地方法调用服务的常量池

8. ​​匿名类常量池​​ (Anonymous Class Constant Pool)

   • 为匿名类特化的常量池结构

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​4.堆

结构图：

区域分为：

堆=年轻代（Eden+s0+s1）+老年代        s0+s1：Survivor区 

我们new出来的对象大部分都放在Eden区

1、如果Eden放满了怎么办？那么字节码执行引擎会开启垃圾收集线程(垃圾回收GC)，会把无用的对象回收

所有GC Roots​​共同作为起点，比如静态变量区和方法区的对象开始找引用对象，当找到某个对象不再被GC Roots直接或间接引用，就是说没有任何引用链连接到GC Roots，此时这条线上的所有节点都会被标记为非垃圾对象，因此会把这些对象从Eden复制到Survivor区s0，剩下的就是垃圾对象会被删除。

2、当Eren第2次满了，这时候会再次触发上述流程(放入Eden里对象)，只不过满了之后回收的区域变成了Eren+s0，非垃圾对象会从Eren+s0区到s1区，剩下的垃圾对象再次被删除。

3、如果第3次满了，再次触发上述流程，只不过回收的区域变成了Eren+s1，非垃圾对象会从Eren+s1区到s0区，剩下的垃圾对象再次被删除。

4、每挪一次，对象的分段年龄会+1，一般达到15次会进入老年区；当放入s0或者s1的时候放不下也会直接放入老年区

注意：​​静态变量区属于GC Roots​​它本身不会被回收，而是通过它判断堆内对象是否存活。通常会进入到老年代的有：静态变量、对象池、缓存对象、spring容器里的对象

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5.本地方法区

比如start()方法里面会调用一个本地方法接口是用C++写的，通过native关键字声明的方法：

本地方法会去找.dll文件

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6.总结

当你读完读明白整篇文章的时候，你应该就理解如下图片了：