JVM内存模型

理解JVM内存模型:栈、堆与方法区
本文详细介绍了JVM内存模型的五个区域:栈、堆、方法区(元空间)、本地方法栈和程序计数器。栈与本地方法栈、程序计数器为线程私有,而堆和方法区全局共享。栈中保存栈帧,堆存储对象实例,方法区存储类信息。程序计数器记录线程执行的字节码地址。通过对栈和堆的分析,解释了为何方法内修改不会影响外部值,以及垃圾回收机制的重要性。

JVM的内存模型主要分为五个区域:栈(jvm栈)、堆、本地方法栈、程序计数器、方法区(元空间)
其中栈与本地方法栈和程序计数器是线程私有的,而堆区和方法区是全局共享的。

程序计数器:用于保存当前线程的行号。

本地方法栈:用于对JVM所需要的方法提供支持。

JVM栈: 用于保存栈帧。 每当方法被调用时,都会产生一个栈帧用于保存局部变量表、操作数栈等。

方法区:用于保存已经被JVM加载了的类的信息、常量以及静态变量。运行时常量池也在方法。

堆:用于保存所有对象的实例以及数组。物理内存上并不连续。

public class Main{
	public static void main(String[] args){
		int a = 10;
		new Main().funcl(a);
		System.out.println(a);
	}
	public void funcl(int a){//运行过程中拿到参数a,在栈的底部便会把a赋值为10;
		int b = 10;//在a的底部会把b赋值为10;
		System.out.println(a + b);
		a = 11;//把栈中a的值改为11
	}//运行结束后,将整个栈的空间删除掉
	//根据栈的先入后出的原则,会先删除b后删除a
}

这个程序的运行结果为 20 和 10, 20 为 a+b 的结果,在 funcl 方法中把 a 改为 11 了为什么还会输出 10 呢?

在方法中a和b被放在funcl的栈中,代码通过main函数进行调用funcl,在执行完方法后,相应存有a和b的栈已经被删掉。
在内部的任何修改都不会影响外部的值。

public class Main{
	public static void main(String[] args){
		int a = 10;
		new Main().funcl(a);
		System.out.println(a);
	}
	public void funcl(int a){
		int b = 10;
		Person p = new Person();
		p.id = 1;
		p.name = "xiaoming";
		System.out.println(a + b);
		a = 11;
	}
}
class Person{
	int id;
	String name;
}
  • 同样的对funcl方法进行分析,栈空间有a和b分别为4个字节。
  • 当程序运行至对象声明时,通过new关键字实际上会到堆内存空间开辟一个内存空间储存Person,对象由两部分组成,一个是id一个是name。
  • 而声明的p是引用类型,p是指针,p和地址是一个意思,一个只占4个字节的地址。
  • 说白了就是栈内存中存储对象的地址,地址指向堆内存的对象,堆内存中存储对象。
  • 当程序运行至p.id后,由栈内存地址找到堆内存的Person对象,将其中的id赋值为1;

在程序运行完毕之后,就会把栈内存清空,但是堆内存里面的东西还存在,于是就引申出了GC,也就是垃圾回收的机制,在堆里面的对象不能随着函数运行完毕进行清理。

方法区

public class Main{
	static Integer i = 10;//新加了一行代码
	public static void main(String[] args){
		int a = 10;
		new Main().funcl(a);
		System.out.println(a);
	}
	public void funcl(int a){
		int b = 10;
		Person p = new Person();
		p.id = 1;
		p.name = "xiaoming";
		System.out.println(a + b);
		a = 11;
	}
}
class Person{
	int id;
	String name;
}

新加了一行代码,这个时候它存在方法区,通过Main.i可以调用这个对象
如下示例:

public class Main{
	public static void main(String[] args){
		Person p2 = new Person();
		p2.id = 111;
		new Main().funcl(p2);
		System.out.println(p2.id);
	}
	public void funcl(Person p){
		p.id = 222;
	}
}
class Person{
	int id;
	String name;
}

本程序的结果就是222;
在main运行中申请了一个p2的地址,指向堆上的一个Person对象,在funcl函数运行之初会在栈内存声明一个地址,这两个地址指向同一个堆内存中的对象,运行代码将堆中的id改为222。
当方法运行完毕后将栈中的p地址清理掉,我们再打印p2就输出了222;

总结

JVM 内存模型是什么?

(1)JVM 内存模型共分为5个区:Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器、方法区(元空间)

(2)各个区各自的作用:
         a.本地方法栈:用于管理本地方法的调用,里面并没有我们写的代码逻辑,其由native修饰,由 C 语言实现。
          b.程序计数器:它是一块很小的内存空间,主要用来记录各个线程执行的字节码的地址,例如,分支、循环、线程恢复等都依赖于计数器。
          c.方法区(Java8叫元空间):用于存放已被虚拟机加载的类信息,常量,静态变量等数据。
          d.Java虚拟机栈:用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。(栈里面存的是地址,实际指向的是堆里面的对象)
         e.堆:Java 虚拟机中内存最大的一块,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都在这里分配内存;

(3)线程私有、公有
          a.线程私有:每个线程在开辟、运行的过程中会单独创建这样的一份内存,有多少个线程可能有多少个内存
         Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的
         b.线程全局共享的 堆和方法区

(4)栈虽然方法运行完毕了之后被清空了,但是堆上面的还没有被清空,所以引出了GC(垃圾回收),不能立马删除,因为不知道是否还有其它的也是引用了当前的地址来访问的

JVMJava Virtual Machine)即Java虚拟机,是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现 [^1]。JVM内存模型主要包含以下几个部分: ### 程序计数器 程序计数器用于记录当前执行的指令地址。如果程序执行的是一个Java方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;若正在执行的是一个本地(native,由C语言编写完成)方法,则计数器的值为Undefined。由于它只是记录当前指令地址,不存在内存溢出的情况,是所有JVM内存区域中唯一一个没有定义OutOfMemoryError的区域 [^5]。 ### JavaJava堆是Java代码可及的内存,是留给开发人员使用的。堆用于存储对象实例及数组值,Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配,堆区由所有线程共享。Heap中对象所占用的内存由GC进行回收。在32位操作系统上最大为2GB,在64位操作系统上则没有限制,其大小可通过 -Xms 和 -Xmx 来控制。-Xms 为JVM启动时申请的最小Heap内存,默认为物理内存的1/64但小于1GB;-Xmx 为JVM可申请的最大Heap内存,默认为物理内存的1/4但小于1GB。默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap到 -Xmx 指定的大小,可通过 -XX:MinHeapFreeRatio= 来指定这个比例;当空余堆内存大于70%时,JVM会减小Heap的大小到 -Xms 指定的大小,可通过 -XX:MaxHeapFreeRatio= 来指定这个比例。对于运行系统而言,为避免在运行时频繁调整Heap的大小,通常将 -Xms 和 -Xmx 的值设成一样 [^2][^3]。 ### 非堆(Non - Heap) 非堆是JVM留给自己用的,方法区、JVM内部处理或优化所需的内存 (如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构 (如运行时常量池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中 [^2]。 ### Java虚拟机栈 Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的内存模型。它会为每一个即将运行的Java方法创建“栈帧”,用于存储该方法在运行过程中所需要的一些信息,包括局部变量表(存放基本数据类型变量、引用类型的变量、returnAddress类型的变量)、操作数栈、动态链接、当前方法的常量池指针、当前方法的返回地址、方法出口等信息 [^4]。 ### 示例代码展示栈帧概念 ```java public class StackFrameExample { public static int add(int a, int b) { int result = a + b; return result; } public static void main(String[] args) { int x = 5; int y = 3; int sum = add(x, y); System.out.println("Sum: " + sum); } } ``` 在上述代码中,`main` 方法和 `add` 方法在执行时,Java虚拟机栈会分别为它们创建栈帧,用于存储各自运行过程中的信息。
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