发布于2026-07-10 阅读(0)
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JVM运行时数据区域,也叫JVM内存布局。很多人容易把它和Ja va内存模型搞混,其实两者完全不同。JVM内存布局由五大块组成,下面一一拆解。

1.堆区(线程共享):程序中创建的所有对象都保存在堆中,这也是JVM里最大的内存区域。
2.栈(线程私有):
3.程序计数器(线程私有):保存下一条要执行的指令的地址。注意,这里不是CPU寄存器,而是内存空间,指令是Ja va字节码,不是二进制机器语言。
4.元数据区(以前叫方法区):保存Ja va代码中涉及类的相关信息,比如类的静态属性等。
在一个Ja va进程里,元数据区和堆各只有一份,所有线程共用这同一份数据。而每个线程都有自己的程序计数器和栈,所以每个线程都需要保存自己的“程序计数器”,也需要记录自己的调用关系。

来测一下掌握程度——下面这段代码中的变量,分别存在哪个区域?
public class test4 {
static class Test{
private int a;
private Test b = new Test();
private static int c;
private static Test d = new Test();
}
public static void main(String[] args) {
int e = 10;
Test f = new Test();
}
}

一般规律:
一个类的生命周期大致可以分为以下几个阶段。

写一个Ja va程序,得到的是.ja va文件,经过ja vac编译后变成.class文件。要运行Ja va进程,JVM就需要读取.class文件并执行里面的指令。
.class内容的过程就是类加载——把类涉及的字节码从硬盘读到内存里。.class文件,就会对应创建一个类对象,里面包含了该类的各种信息:类名、属性、方法、继承的父类、实现的接口等等。具体步骤:
1.加载:找到.class文件,打开并读取内容。代码中先看到类的名字,然后进一步找到对应的.class文件,这涉及一系列目录查找过程。
2.验证:验证读到的.class文件数据是否正确、是否合法。Ja va标准文档对.class文件的格式做了明确规定。
3.准备:分配内存空间。根据读取到的内容大小,确定类对象需要的内存空间,申请这块空间并全部初始化为0。
4.解析:主要针对类中的字符串常量进行处理。Ja va虚拟机将字符串常量池中的符号引用替换为直接引用,也就是初始化常量。符号引用是.class文件中符号的位置(偏移量),直接引用则直接保存变量的地址。

5.初始化:针对类对象做最终的初始化操作,执行静态成员赋值语句。

操作:输入一个类的全限定名(比如ja va.lang.String),得到对应的.class文件。这属于JVM加载类中的第一个机制——加载。

为什么要这样设计?
核心目的是防止用户自己写的类把标准库或扩展库给覆盖掉。保证标准库的类优先级最高,扩展库其次,第三方库最后。这样能避免程序员不小心创建了一个和系统已有类重名的类,导致加载时覆盖掉系统类。
GC主要发生在哪里?栈和程序计数器跟着线程结束而结束,元数据区里的类对象加载有上限,不会无限增长。所以堆是GC的主战场。垃圾回收以对象为维度进行。

GC回收流程有两大步:
给每个对象分配一个计数器,衡量有多少个引用指向它。每增加一个引用,计数器+1;每减少一个引用,计数器-1。如果计数器为0,说明这个对象是垃圾,需要回收。

当对象计数器为0,就视为垃圾。但这个方案有两个问题:
1. 消耗额外空间存计数器。假设一个Test类只有一个int成员(4字节),那么还要花2个字节存计数器,内存多用了50%。
2. 循环引用会导致判定出错。比如两个对象互相引用,计数器都不为0,都无法释放。

用时间换空间。JVM中专门有一个周期性的线程,扫描代码中的所有对象,判定某个对象是否“可达”。不可达的就是垃圾。具体做法是:JVM维护一个所有对象的总名单,按照名单“点名”,没到的就是垃圾;或者从一组GC Root出发,遍历所有对象,遍历不到但名单上存在的就是垃圾。
1. 标记-清除法:直接对内存空间进行标记清除,但可能导致碎片化空间无法充分利用。剩下的碎片空间不容易申请连续空间。

2. 复制算法:把被回收后的空间一分为二,把不是垃圾的对象拷贝到另一侧,确保回收后得到连续空间。缺点很明显:内存利用率低,而且如果存活对象多,复制成本也很大。

3. 标记-整理:和标记-清除类似,但后续不是直接回收对象,而是让所有存活对象都向前移动,最后直接清理掉边界标记的内存。
4. JVM中真正的解决方案——分代回收。
对象的年龄通过可达性分析扫描来获得,每次扫描后年龄+1。

分代回收是JVM GC的基本思想。JVM还提供了多种“垃圾回收器”,对分代回收做进一步扩展和实现。

CMS的设计理念是把整个GC过程拆分成多个阶段,尽量和业务线程并发运行,减少STW(Stop-The-World)时间。

G1则把整个内存分成很多块,不同颜色表示不同区域(新生代、老年代、幸存区等)。进行GC时不要求一个周期就把所有内存都回收,只回收一部分就好,限制一轮GC的工作量,目的是把STW控制在一定范围内,降低影响。
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