JVM

转自:http://pengjiaheng.javaeye.com/

Java虚拟机中,数据类型可以分为两类:基本类型和引用类型。基本类型的变量保存原始值,即:他代表的值就是数值本身;而引用类型的变量保存引用值。“引用值”代表了某个对象的引用,而不是对象本身,对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。

基本类型包括:byte, short, int, long, char, float, double, Boolean, returnAddress

引用类型包括:类类型,接口类型和数组。

堆与栈

堆和栈是程序运行的关键,很有必要把他们的关系说清楚。

 

栈是运行时的单位,而堆是存储的单位。

栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据;堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。

在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应,这点很容易理解,因为不同的线程执行逻辑有所不同,因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享的。栈因为是运行单位,因此里面存储的信息都是跟当前线程(或程序)相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等;而堆只负责存储对象信息。

为什么要把堆和栈区分出来呢?栈中不是也可以存储数据吗?

第一,从软件设计的角度看,栈代表了处理逻辑,而堆代表了数据。这样分开,使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。

第二,堆与栈的分离,使得堆中的内容可以被多个栈共享(也可以理解为多个线程访问同一个对象)。这种共享的收益是很多的。一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如:共享内存),另一方面,堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问,节省了空间。

第三,栈因为运行时的需要,比如保存系统运行的上下文,需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长,因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同,堆中的对象是可以根据需要动态增长的,因此栈和堆的拆分,使得动态增长成为可能,相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。

第四,面向对象就是堆和栈的完美结合。其实,面向对象方式的程序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。但是,面向对象的引入,使得对待问题的思考方式发生了改变,而更接近于自然方式的思考。当我们把对象拆开,你会发现,对象的属性其实就是数据,存放在堆中;而对象的行为(方法),就是运行逻辑,放在栈中。我们在编写对象的时候,其实即编写了数据结构,也编写的处理数据的逻辑。不得不承认,面向对象的设计,确实很美。

在Java中,Main函数就是栈的起始点,也是程序的起始点。

程序要运行总是有一个起点的。同C语言一样,java中的Main就是那个起点。无论什么java程序,找到main就找到了程序执行的入口:)

堆中存什么?栈中存什么?

堆中存的是对象。栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。一个对象的大小是不可估计的,或者说是可以动态变化的,但是在栈中,一个对象只对应了一个4btye的引用(堆栈分离的好处:))。

为什么不把基本类型放堆中呢?因为其占用的空间一般是1~8个字节——需要空间比较少,而且因为是基本类型,所以不会出现动态增长的情况——长度固定,因此栈中存储就够了,如果把他存在堆中是没有什么意义的(还会浪费空间,后面说明)。可以这么说,基本类型和对象的引用都是存放在栈中,而且都是几个字节的一个数,因此在程序运行时,他们的处理方式是统一的。但是基本类型、对象引用和对象本身就有所区别了,因为一个是栈中的数据一个是堆中的数据。最常见的一个问题就是,Java中参数传递时的问题。

Java中的参数传递时传值呢?还是传引用?

要说明这个问题,先要明确两点:

1. 不要试图与C进行类比,Java中没有指针的概念

2. 程序运行永远都是在栈中进行的,因而参数传递时,只存在传递基本类型和对象引用的问题。不会直接传对象本身。

明确以上两点后。Java在方法调用传递参数时,因为没有指针,所以它都是进行传值调用(这点可以参考C的传值调用)。因此,很多书里面都说Java是进行传值调用,这点没有问题,而且也简化的C中复杂性。

但是传引用的错觉是如何造成的呢?在运行栈中,基本类型和引用的处理是一样的,都是传值,所以,如果是传引用的方法调用,也同时可以理解为“传引用值”的传值调用,即引用的处理跟基本类型是完全一样的。但是当进入被调用方法时,被传递的这个引用的值,被程序解释(或者查找)到堆中的对象,这个时候才对应到真正的对象。如果此时进行修改,修改的是引用对应的对象,而不是引用本身,即:修改的是堆中的数据。所以这个修改是可以保持的了。

对象,从某种意义上说,是由基本类型组成的。可以把一个对象看作为一棵树,对象的属性如果还是对象,则还是一颗树(即非叶子节点),基本类型则为树的叶子节点。程序参数传递时,被传递的值本身都是不能进行修改的,但是,如果这个值是一个非叶子节点(即一个对象引用),则可以修改这个节点下面的所有内容。

堆和栈中,栈是程序运行最根本的东西。程序运行可以没有堆,但是不能没有栈。而堆是为栈进行数据存储服务,说白了堆就是一块共享的内存。不过,正是因为堆和栈的分离的思想,才使得Java的垃圾回收成为可能。

Java中,栈的大小通过-Xss来设置,当栈中存储数据比较多时,需要适当调大这个值,否则会出现java.lang.StackOverflowError异常。常见的出现这个异常的是无法返回的递归,因为此时栈中保存的信息都是方法返回的记录点。

 

### 什么是 JVMJava 虚拟机JVM)是 Java 运行时环境的核心组件,它负责运行 Java 程序[^2]。JVM 是一个抽象的计算机,它通过调用某个初始类的 `main()` 方法来运行 Java 程序[^3]。该方法必须满足以下条件:共有的(`public`)、静态的(`static`)、返回值为 `void`,并且接受一个字符串数组作为参数。 ### JVM 的组成 JVM 主要由以下几个部分组成: 1. **类加载器(Class Loader)** 类加载器负责将 `.class` 文件加载到内存中,并将其转换为可执行的字节码。类加载器分为引导类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器[^2]。 2. **运行时数据区(Runtime Data Areas)** JVM 在运行时会创建多个内存区域来存储数据,包括: - **方法区(Method Area)**:存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。 - **堆(Heap)**:所有对象实例以及数组都在堆上分配。 - **虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)**:每个线程都有一个私有的虚拟机栈,存储局部变量表、操作数栈等。 - **本地方法栈(Native Method Stacks)**:与虚拟机栈类似,但服务于本地方法。 - **程序计数器(Program Counter Register)**:记录当前线程所执行的字节码指令地址。 3. **执行引擎(Execution Engine)** 执行引擎负责解释或编译字节码并执行。主要包括: - **解释器(Interpreter)**:逐条解释执行字节码。 - **即时编译器(JIT Compiler)**:将热点代码编译为本地机器码以提高性能[^4]。 4. **本地接口(Native Interface)** JVM 提供了与本地库交互的能力,例如通过 JNI(Java Native Interface)调用 C/C++ 编写的本地代码。 5. **垃圾回收机制(Garbage Collection, GC)** JVM 自动管理内存,通过垃圾回收器释放不再使用的对象占用的内存[^2]。 ### JVM 参数与优化 为了更好地控制 JVM 的行为,开发者可以使用各种 JVM 参数进行调优。这些参数涵盖了内存分配、垃圾回收策略、线程管理等多个方面[^1]。例如: - `-Xms` 和 `-Xmx`:设置堆内存的初始大小和最大大小。 - `-XX:+UseG1GC`:指定使用 G1 垃圾回收器。 - `-verbose:gc`:输出垃圾回收的日志信息。 ### 示例代码:启动 JVM 并运行 Java 程序 以下是一个简单的 Java 程序示例,展示了如何定义一个符合 JVM 规范的入口点: ```java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } } ``` 编译并运行该程序时,JVM 会加载 `HelloWorld` 类,并调用其 `main()` 方法作为程序的起点。 ### 同步与锁机制 在多线程环境中,JVM 提供了同步机制以确保线程安全。`synchronized` 关键字可以通过 ACC_SYNCHRONIZED 标志实现方法级别的同步,而无需显式调用 `monitorenter` 和 `monitorexit` 指令[^5]。 ###
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