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初识Java虚拟机的基本结构

2016年04月12日 Java 暂无评论 阅读 176 views 次

Java虚拟机是什么?是做什么的?可能这些问题在我们学习Java之初就伴随这我们。

一般来说我们使用IDE将我们编写好的Java程序,点击运行,在不出错的情况下,就会得到我们想要的结果。那么这期间到底发生了什么?先看下图:

Java虚拟机

知道的是Java程序通过编译器编译成class文件,那么后面到底发生了什么,就是Java虚拟机的工作。现在我们先要认识Java虚拟机的基本结构。

Java虚拟机的基本结构

类加载子系统

类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载class信息,加载的类信息存放在方法区的内存空间。

方法区存放的内容:

  • 类信息
  • 运行时常量池信息(class文件中常量池部分的内存映射)
    1. 字符串字面量
    2. 数字常量

Java堆(共享)

Java堆在虚拟机启动的时候建立,它是Java程序最主要的内存工作区域。几乎所有的Java对象实例都存放在Java堆中。

Java虚拟机规范规定:

  • Java堆处于物理上不连续的内存空间
  • Java堆处于逻辑上连续的内存空间

异常:

  • OutOfMemoryError。

直接内存(不是虚拟机运行时数据部分也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域

Java的NIO库允许Java程序使用直接内存。直接内存在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。

优点:

  • 速度优于Java堆

情景:

  • 出于性能考虑,读写频繁的场合会考虑使用直接内存。

异常:

  • OutOfMemoryError。(Java堆和直接内存依然受限于操作系统能给出的内存。

垃圾回收系统

垃圾回收系统是Java虚拟机的重要组成部分,垃圾回收器可以对方法区、Java堆和直接内存进行回收。其中Java堆是垃圾收集器的工作重点。

Java和c/c++不同:

  • Java中的对象空间释放是隐式的。
  • c/c++中使用free()或者delete()来释放指定的内存区域。

Java栈(私有)

每一个Java虚拟机线程都有一个私有的Java栈。一个线程的Java栈在线程创建的时候被创建。Java栈中保存着帧信息。

后面会对Java栈的结构进行详细介绍。

异常:

  • StackOverflowError
  • OutOfMemoryError

本地方法栈

与Java栈非常类似。

不同点:调用的方法是本地方法(通常使用c编写)。

异常:

  • StackOverflowError
  • OutOfMemoryError

PC程序计数器(私有)

PC寄存器也是每个线程私有的空间,Java虚拟机会为每一个Java线程创建PC寄存器。在任意时刻,一个Java线程总是执行一个方法,这个正在被执行的方法成为当前方法。

PC寄存器的值:

  • 当前方法不是本地方法(Java方法),PC寄存器只想当前正在被执行的指令。
  • 当前方法是本地方法,那么PC寄存器的值就是underfined。

执行引擎

执行引擎是Java虚拟机的最核心组件之一,它负责执行虚拟机的字节码。现在虚拟机为了提高效率,会使用即时编译技术将方法编译成机器码后再执行。

最后,看一下Java虚拟机运行时数据区,注意与Java虚拟机的基本结构的区别:

Java虚拟机运行时数据区

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