深入理解JVM(1)--- 关于Java

世界上并没有完美的程序,但我们并不因此而沮丧,因为写程序本来就是一个不断追求完美的过程。

深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践

Java是一门结构严谨、面向对象的编程语言。它摆脱了硬件平台的束缚,实现了“一次编写,到处运行”的理想;它还提供了一个相对安全的内存管理和访问机制,避免了绝大部分的内存泄露和指针越界问题;它实现了热点代码检测和运行时编译及优化,这使得Java应用能随着运行时间的的增加而获得更高的性能;它有一套完整的应用程序接口,还有无数来自商业机构和开源社区的第三方类库来帮助它实现各种各样的功能……Java所带来的这些好处使程序开发效率得到了很大提升。

Java技术体系:

Java Card:支持一些Java小程序(Applets)运行在小内存设备(如智能卡)上的平台
Java ME(Micro Edition):支持Java程序运行在移动终端(手机、PAD)上的平台
Java SE(Standard Edition):支持面向桌面级应用(如windows下的应用程序)的Java平台
Java EE(Enterprise Edition):支持使用多层架构的企业应用(如ERP、CRM应用)的Java平台

Java发展史:

1991.4月Java前身Oak(橡树)问世。1995年5月23日,Oak语言改名为Java,自此之后,Java迅速发展,到现在已经发展到JDK1.8版本。

Java内存运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有自己的用途,以及创建和销毁的时间,有些区域随着虚拟机的启动而存在,有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域:

Java虚拟机运行时数据区

1.程序计数器(Program Counter Register)

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器来完成。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器都只会执行一条线程中的指令,因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器,并且各条线程之间的计数器互不影响,独立存储,把这类内存区域称为“线程私有的内存”。

如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。

每个Java方法在执行时都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean,char,byte,short,int,long,float,double)、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)

3.本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用类似。虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法(Native方法就是一个Java调用非Java代码的接口,该方法的实现由非Java语言实现)服务。

4.Java堆

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,也被称为“GC堆”(Garbage Collected Heap),Java堆还可以细分为新生代和老年代。

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。在实现时,既可以实现固定大小的,也可以是可扩展的。不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的。

5.方法区

方法区与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

Java虚拟机规范对方法区的限制很宽松,除了想Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。

6.运行时常量池

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

除了保存Class文件中描述的符号引用外,还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性。Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置于Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中。