图解JVM内存模型和JVM线程模型

作者:leobert-lan

前言

各位亲爱的读者朋友,我正在创作 Java多线程系列 文章,严格的说,JVM内存模型的知识并不隶属于Java多线程范畴,但在讨论多线程的过程中,会涉及到相关概念,考虑到它作为 面经常客,故单独成篇进行知识梳理。

在各种有意无意地渲染之下,环境中已经充斥着焦虑,我并不认为正经面试真的有必要考察这些,毕竟没有几个岗位是开发JVM的。本篇文章将尽最大努力做到容易记忆,帮助各位克服焦虑

在本篇中,将JVM内存模型以及JVM线程模型的关键知识,形成凝练的图、辅以文字,同读者一起 回顾并掌握 这些知识。

作者按:本篇按照自己有限的知识进行整理,如有谬误,还请读者在评论区不吝指出

了解系列以及总纲:Java多线程系列

先来看一张 较为完整 的图:

作者按:图片源自亿图图示的模板

再右侧再补充GC部分后,就比较完整了。今天的文章中,类加载部分略去,GC部分略去。

作者按:读者朋友们还是应当将这两部分吃透的,如果面试遇到,可以顺着图展开作答

图中的 Java栈 又称为 Java虚拟机栈虚拟机栈JVM栈 等; 本地栈本地方法栈

JVM内存模型

从上图中,我们将运行时数据区剥出来,形成下图,即JVM内存模型 (内存区域)

在JVM1.8中,图中的 方法区元数据区

在多线程背景下,我们应个景:

  • 堆和方法区是 线程共享
  • 虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是 线程隔离

下面展开谈一谈这五个区域的作用。

以Java虚拟机规范为界,不讨论具体实现

方法区(JVM1.8为元数据区)

方法区的作用为:存放虚拟机加载的:类型信息,域(Field)信息,方法(Method)信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码缓存

值得注意的是,无法申请到内存时,将抛出 OutOfMemoryError

方法区中存在运行时常量池,字面量、符号引用等存放入其中。

在Hotspot的演变过程中:

  • Java6及之前:方法区存在永久代,保存有静态变量
  • Java7:进行去永久代工作,虽然还保留着,但静态常量池,如字符串常量池,已经移动到堆中
  • Java8:移除永久代,类型信息、域(Field)信息、方法(Method)信息存放在元数据区;字符串常量池、静态变量存放在堆区

作者按:不同的虚拟机实现细节我也没有研究过,感兴趣的读者可以自行研究,如有靠谱文章希望分享下

虚拟机栈

虚拟机栈中保存了 每一次 方法调用 的信息。

每个Java线程创建时,都会创建对应的 虚拟机栈 ,每一次方法调用,都会往栈中压入一个 栈帧。如下图:

而栈帧中,包含:

  • 局部变量表:保存函数 (即方法) 的局部变量
  • 操作数栈:保存计算过程中的结果,即临时变量
  • 动态链接:指向方法区的运行时常量池。字节码中的 方法调用指令 以常量池中指向方法的 符号引用 为参数。
  • 方法的返回地址

本地方法栈

和虚拟机栈功能上类似,它管理了native方法的一些执行细节,而虚拟机栈管理的是Java方法的执行细节。

程序计数器

程序计数器记录线程执行的字节码行号,如果当前线程正在运行native方法则为空。也有称之为 PC寄存器

字节码解释器在工作时,通过改变计数器的值来选取下一跳需要执行的字节码指令,分支循环跳转异常处理线程恢复 等基本功能都需要依赖计数器来完成。

Java虚拟机的多线程实现方式:通过 轮流切换并分配处理器执行时间 实现

所以,在任意确定的时间点,一个处理器只会处理一个线程中的指令。为了正确地处理 线程切换后的任务恢复 ,每一个线程都具有自身的程序计数器

堆提供了类实例和数组的内存,可以按如下方式划分:

  • 新生代 亦可称之年轻代、New Generation
    • Eden区
    • Survivor 区 S0和S1中存在互相移动,一些文章中的from、to是指移动上的逻辑关系
      • S0
      • S1
  • 老年代 Old Generation

如下图所示:

划分和对象创建与GC有关,

  • 新生成的对象在Eden区
  • 触发 Minor GC后,还 “幸存” 的对象移动到S0
  • 再次触发Minor GC后,S0和Eden 中存活的对象被移动到S1中,S0清空
  • 每次移动时,自动递增计数器,超过默认值时 (印象中是16),移动到老年代,如果Eden中没有足够内存分配,也将直接在老年代中分配内存
  • 老年代中依靠Major GC

小总结

将上文的知识点进行汇总后,我们可以得到一张新图:

图片来自亿图图示模板,再次不用画图了

原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_61845324

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