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剖析JVM内存模型及对象创建流程详解
  • 2024-3-3日
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剖析JVM内存模型及对象创建流程详解

JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是JRE的一部分,如下图JVM与JDK、JRE的关系图

JVM的主要作用如下:

*运行Java程序 Java源代码经过编译器编译成Java字节码,然后由JVM在目标机器上解释执行。
*内存管理 。JVM负责Java程序运行期间的内存管理,包括内存分配、垃圾回收等。
*自动垃圾回收 。JVM通过垃圾回收机制,自动回收无用对象所占用的内存空间。
*提供安全机制 。防止Java程序对系统资源的非法访问。
*支持多线程 。JVM支持多线程编程,能够高效地管理线程,从而提高程序的并发性能。
...

JVM内存模型是什么?

JVM内存模型,也称为Java Memory Model(JMM),是一种规范,它定义了Java程序在运行时如何分配、使用和释放内存,以及线程和主内存之间的抽象关系。

JVM内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中,而每一个线程的执行在JVM中都有自己的工作内存。这就涉及主内存、工作内存之间数据的可见性、一致性、有效性等问题。Java内存模型就是规定如何正确处理这些问题的,由具体的JVM去实现。

 

一、JVM内存模型剖析

整个Java虚拟机在内部的组成包括类装载器、栈、堆、本地方法栈、方法区、程序计数器、字节码执行引擎等,如下图所示

 

 

如上图所示其实,运行时数据区(Java Runtime Data Areas)也就是我们所说的内存模型,下面将一一介绍每一块区域的作用

 

1.栈(线程)-每一个线程单独分配

在Java虚拟机(JVM)的内存模型中,栈(Stack)是虚拟机为每个线程分配的一块内存区域,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。栈的主要作用是支持方法的执行,它保存了方法的现场和执行上下文。具体构成如下图所示:

 

 

栈中由多个栈帧构成,如何理解栈帧呢?实际上每一个栈帧对应的就是每一个方法,一个线程可能会执行多个方法,每一个方法内部存的都是局部的变量,由此可见由多少方法就有多少栈帧。那么栈帧由什么组成呢?

主要有如下几块内存区域组成:

①局部变量表 - 存放方法的局部变量

②操作数栈 - 储存操作数、执行算术和逻辑运算、执行方法调用和返回等

③动态链接 - 将符号引用转换为直接引用(就是在方法内部如果需要用到其他的方法、类、字段等,需要从其他的区域吧这些内容加载进来,将引用转换为直接内容)--符号引用在Java类中通过类、方法、字段等名称来引用其他类、方法、字段等的方式

④方法出口-记录当前方法完毕后,在哪里继续执行

 

2.程序计数器

记录代码执行的行号,当线程切换、方法跳入等上下文切换时要用到,当一个线程运行到了某一行时,切换到了其他线程执行,再切换回来的时候,JVM需要接着上一次的外面位置执行

 

 

3.堆-所有线程共享

在Java内存模型中,堆空间(Heap Space)是JVM(Java虚拟机)所管理的最大一块内存区域,也是所有线程共享的一块区域。几乎所有的对象实例都会在这里分配内存。堆空间是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称为“GC堆”(Garbage Collected Heap)。堆空间的主要特点包括:

①动态分配堆空间的大小可以在运行时动态调整,这取决于JVM的具体实现和操作系统的内存管理。
②自动内存管理Java程序员不需要显式地分配或释放堆内存。堆内存的分配和回收由JVM的自动内存管理机制(如垃圾收集器)自动处理。
③存储对象实例在Java中,所有的对象实例都存储在堆内存中(new)。这些对象可能包括类的实例、数组、字符串等。

 

 

4.方法区(元空间)

方法区也可以说是叫元空间主要存储的是常量、静态变量、类信息,但是需要注意的是静态变量和常量(如静态常量)实际上是存储在Java堆(Heap)中的对象的一部分。方法区(或元空间)存储的是对这些对象的引用。

 

 

5.本地方法栈

在Java虚拟机(JVM)中,本地方法栈(Native Method Stack)是虚拟机线程所私有的一块内存区域。它与Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)非常相似,区别在于Java虚拟机栈是为执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为执行Native方法服务。

 

 

二、对象创建的主要流程

那么在JVM中对象创建的具体流程是什么呢? 见下图

当我们去加载一个对象时(new时),jvm会先根据对象的类型判断类是否被加载 如果没有被加载则通过类加载的双亲委派机制去加载这个类,加载完毕后会在jvm中去分配内存,对象是在JVM内存模型的堆空间去分配空间的,具体分配细节见如下图

然后进入初始化阶段,该阶段会对创建的这个类的内部成员赋值默认出初始值 例如 int类型初始值为0、引用对象初始值为null、布尔类型变量初始值为false等等

然后会为对象设置对象头,对象头设置内容如下图所示

在对象初始化完成后,JVM会在对象的内存空间中设置一些额外的信息,这些信息被称为对象头(Object Header)。对象头包含了对象的哈希码(Hash Code)、GC分代年龄(GC Age)、锁状态标记(Lock State)等信息。

最后执行init方法,init方法会为对象的属性赋值上真正的值 例如ini a =666

 

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