概览JVM的基本结构和JVM内存结构
概览JVM的基本结构和JVM的内存结构
这里概要介绍一下JVM在启动后,作为操作系统的一个进程的基本结构,以及从操作系统角度看,JVM如何管理它从操作系统里申请来的内存的,也就是JVM的内存结构或者叫JVM内存模型。
搞清楚了JVM的结构和JVM的内存结构,就从整体上对JVM有了一个把握,这样继续深入学习Java内存管理、JVM垃圾回收、JVM类加载机制等局部技术的时候,心中就有了全局,这样既见森林,又见树木,才能学的明白。
1、JVM的基本结构
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JVM启动后,对操作系统来说,JVM是一个的进程,这个进程的基本结构如上图所示。它包括:类加载器子系统、运行时数据区、执行引擎和本地方法接口。
运行时数据区是JVM从操作系统申请来的堆空间和操作系统给JVM分配的栈空间的总称。JVM为了运行Java程序,又进一步对运行时数据区进行了划分,划分为Java方法区、Java堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈等,这里JVM从操作系统申请来的堆空间被划分为方法区和Java堆,操作系统给JVM分配的栈空间构成Java栈。
2、从操作系统角度看JVM的内存结构
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从Linux操作系统角度看,JVM是一个普通的应用程序进程,那么JVM具有一般操作系统进程的特点,一般的进程的内存结构和JVM进程的内存结构是类似的,它们的内存结构类比参见下图。
Linux把一个程序在内存中所占的空间分为:方法区、数据区、堆区、栈区,对应地,JVM在内存中也有JVM方法区、JVM数据区、堆区和栈区。
代码区 中存放应用程序的机器代码,运行过程中代码不能被修改,具有只读和固定大小的特点。
数据区 中存放了应用程序中的全局数据,静态数据和一些常量字符串等,其大小也是固定的。
堆 是运行时程序动态申请的空间,属于程序运行时直接申请、释放的内存资源。
栈区 用来存放函数的传入参数、临时变量,以及返回地址等数据。未使用区是分配新内存空间的预备区域。
由图中可以知道,JVM堆被JVM进一步分为:运行时数据区中Java的方法区和Java堆(图中显示的是:永久、新生、老年,这是分代垃圾回收时的术语,实际上永久代和Java方法区对应,新生代和老年代和Java堆对应),也就说Java方法区和Java堆其实都是JVM堆的一部分。JVM的栈区构成了Java的线程栈。
Java方法区,在分代垃圾回收时也被称为永久区,包括了已被虚拟机加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据,它实际上构成了Java程序的方法区和数据区。垃圾回收器也会对这部分内存进行回收,比如常量池的清理和类的卸载。
(这里要注意区分JVM堆和Java堆,JVM方法区和Java方法区)
Java堆包括新生代和老年代,新生代包括Edge区两个Survivor区(from Survivor 和 To Survivor)。
JVM的垃圾回收器主要工作是回收Java堆中的垃圾内存,具体来说就是JVM堆中的新生代和老年代所占的内存。垃圾回收的内容主要关注这两块区域。运行Java程序之前,可以通过Xms(Java堆初始大小)和Xmx(Java堆最大值)来调整堆内存。
关于JVM的垃圾回收器的工作过程,和它回收垃圾内存时所遵循的策略也即垃圾回收算法,可以单独写一篇文章总结,这里不再写。
3、JVM的类加载子系统
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JVM的类加载子系统主要用来加载和卸载Java类,其工作过程对应于一个类在内存中的生命周期,一般可以分为:加载、连接(验证、准备、解析)、初始化、使用类和卸载类。
这个子系统的每一个阶段的工作内容可以单独总结为一篇文章,比如类的加载和类加载器,目前不在这里多写。
4、执行引擎
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执行引擎是JVM执行Java字节码的核心,执行方式主要分为:解释执行、编译执行、自适应优化执行、硬件芯片执行等方式。关于执行引擎也可以单独总结。
参考文献
1、《深入理解Java虚拟机》,周志明。
2、Linux与JVM的内存关系分析,http://tech.meituan.com/linux-jvm-memory.html
3、http://blog.hesey.net/2011/04/introduction-to-java-virtual-machine.html
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