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《深入理解java虚拟机》——读书笔记

java的优点:

  • 摆脱了硬件平台束缚,实现了一次编写,到处运行的理想
  • 提供了一个相对安全的内存管理和访问机制,避免了绝大多数的内存泄漏和指针越界
  • 实现了热点代码检测和运行时编译及优化,使得java应用能随着运行时间的增加而获得更高的性能
  • 有一套完善的应用程序接口,还有无数商业机构和开源社区的第三方类库

第一部分

Java技术体系

  • java程设计语言
  • 各种硬件平台的java虚拟机
  • Class文件格式
  • java api类库
  • 第三方java类库

JDK : java程序设计语言,java虚拟机和java api。 是支持java程序开发的最小环境。
JRE : 把java api类库重的 java SE api子集和java虚拟机这两部分统称为jre。 Jre 是支持java程序运营的标准环境

第二部分 自动内存管理

image.png

2 运行时数据区域

2.1 程序计数器

可以看作是当前线程所执行的字节码行号指示器

如果线程正在执行的是一个java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的指令地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器值为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域

2.2虚拟机栈

线程私有的,生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型:每个方法在执行时都会创建一个栈帧。用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

局部变量表存放了编译器可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)对象引用(refrence类型,他不等同于对象本身,可能是一个执行对象起始地址的引用指针,也可能是只想一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)

局部变量表所需要的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的。

2.3本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用类似,不过虚拟机栈为虚拟机执行java方法(也就是字节码)服务,本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
在虚拟机规范中方法使用的语言、使用的方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现。
本地方法栈与虚拟机一样也会跑出StackOverflowError 和 OutOfMemoryError

2.3java 堆

java堆是被虽有线程共享的一块内存区域。
此区域的唯一目的就是存放对象实例。几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

  • 所有的对象实力以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT编译器的发展和陶艺分析技术逐渐成熟,栈上分配、标亮替换优化技术将会导致一些微妙的变化,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不那么绝对了。

由于现在的收集器基本都采用粉黛手机算法,所以Java堆还可以细分为:新生代和老年代。
再细致一点:

  • Eden
  • From Survivor
  • To Survivor
  • Old
  • Permanent(对于HotSpot)

如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常

2.5 方法区

(Method Area) 与堆一样,是各个线程共享的内存区域。用于存储已经被虚拟机记载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑,但是它却有一个别名叫做Non-heap,目的应该是与Java堆区分开

仅对于Hotspot虚拟机来说,存在永久代这个概念。仅仅是因为HotSpot虚拟机设计团队选择把GC分代手机扩展至方法去,或者使用永久代实现方法区而已。对于其他虚拟机则不存在永久代。

对这一区域的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

当方法去无法满足内存分配需求时将抛出OOM异常

2.6 运行时常量池

(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的范本、字段、方法、接口信息等、还有一项是常量常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态特性,Java语言并不要求常量一定只要编译期才能缠身,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区是进入常量池。运行期间可能将新的常量放入池中。

当常量池无法再申请到内存是会抛出OutOfMemoryError

2.7 直接内存

直接内存(Direct memory) 并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的区域。但是这部分内存被直接被频繁使用,也可能导致OutOfMemoryError

在JDK1.4中新加入了NIO类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(BUffer)的I/O方式,它可以使用Natice函数直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中提高性能,因为避免了Java堆和Native对中的来回复制数据。

3 HotSpot虚拟机探秘

3.1 对象的创建

虚拟机遇到一条new指令时

  • 检查这个指令的参数是否能在常量池中定位一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有,则必须执行相应的类加载过程
  • 虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需的大小在类加载完成后便可以确定。
对于频繁创建对象的情况,并发时,并不是线程安全的。可能出现正在给对象A分配内存,还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存。
解决这个问题有两种方案
1、对于分配内存空间的动作同步处理——实际上,虚拟机采用CAS配上失败重试保证更新操作的原子性
2、另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行,没喝线程在Java堆中预先分配一小块内存,成为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)可以通过 -XX:+/-UseTLAB参数来设定
  • 内存分配完后,虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)
  • 虚拟机对对象进行必要的设置,例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象在GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象头中。根据虚拟机当前的运行状态不同,如是否使用偏向锁等,对象头会有不同的设置方式
  • 上面的工作都完成后,从虚拟机的视角来看,一个新的对象已经缠身了, 但是从Java程序的角度来看,对象的创建才刚刚开始——<Init>方法还没有执行,所有的字段都还是零。所以,一般来说(由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定),执行new指令之后会接着执行<init>方法,把对象进行初始化。这样才真正可用的对象才完全产生出来

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