Java内存模型

一、Java程序执行流程

Java程序执行流程.png

如图所示

首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀),

然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,

加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。

Java内存模型指的就是Runtime Data Area(运行时数据区),即程序执行期间用到的数据和相关信息保存区。

二、Java内存模型

根据 JVM 规范,JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。结构如下图:

JVM.png

1)PC程序计数器

  • 每个线程对应有一个程序计数器。
  • 各线程的程序计数器是线程私有的,互不影响,是线程安全的。
  • 程序计数器记录线程正在执行的内存地址,以便被中断线程恢复执行时再次按照中断时的指令地址继续执行

2)Java栈JavaStack(虚拟机栈JVM Stack):(先进后出)

  • 每个线程会对应一个Java栈;
  • 每个Java栈由若干栈帧组成;
  • 每个方法对应一个栈帧;
  • 栈帧在方法运行时,创建并入栈;方法执行完,该栈帧弹出栈帧中的元素作为该方法返回值,该栈帧被清除;
  • 栈顶的栈帧叫活动栈,表示当前执行的方法,活动栈才可以被CPU执行;
  • 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;
  • 栈扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常;

栈帧结构:

栈帧结构.png

3)方法区MethodArea

  • 方法区是Java堆的永久区(PermanetGeneration),意思就是里面的内容很少做垃圾回收,注意是很少,并不是没有。
  • 方法区存放了要加载的类的信息(名称、修饰符等)、类中的静态常量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息
  • 方法区是被Java线程共享的
  • 方法区要使用的内存超过其允许的大小时,会抛出OutOfMemoryError: PremGen space的错误信息。

4)常量池ConstantPool

  • 常量池是方法区的一部分。
  • 常量池中存储两类数据:字面量和引用量。
    • 字面量:字符串、final变量等。
    • 引用量:类/接口、方法和字段的名称和描述符
  • 常量池在编译期间就被确定,并保存在已编译的.class文件中

5)本地方法栈Native Method Stack

  • 本地方法栈和Java栈所发挥的作用非常相似,区别不过是Java栈为JVM执行Java方法服务,而本地方法栈为JVM执行Native方法(方法前面带有native关键字,是其他语言实现的)服务。
  • l 本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

三、Java内存模型工作示意图

Java内存模型工作示意图.png

说明:

  1. 首先类加载器将Java代码加载到方法区
  2. 然后执行引擎从方法区找到main方法
  3. 为方法创建栈帧放入方法栈,同时创建该栈帧的程序计数器
  4. 执行引擎请求CPU执行该方法
  5. CPU将方法栈数据加载到工作内存(寄存器和高速缓存),执行该方法
  6. CPU执行完之后将执行结果从工作内存同步到主内存

线程计算的时候,原始的数据来自内存,在计算过程中,有些数据可能被频繁读取,这些数据被存储在寄存器和高速缓存中,当线程计算完后,这些缓存的数据在适当的时候应该写回内存。

当多个线程同时读写某个内存数据时,就会产生多线程并发问题,要解决这些问题就涉及到多线程编程三个特性:原子性,有序性,可见性。

篇幅长了看不下去,其他多线程知识总结在其他博客中~


代码书写世界,吉他演奏生活