这两个概念估计有不少人会混淆,它们都可以说是 JVM 规范的一部分,但真不是一回事!它们描述和解决的是不同问题,简单来说,
JVM 是什么呢?它屏蔽了底层架构的差异性,是 Java 跨平台的依据,也是每个 Java 程序员必须了解的一部分。
JVM 体系结构Java Virtual Machine(JVM) 是一种抽象的计算机,基于堆栈架构,它有自己的指令集和内存管理。它加载 class 文件,分析、解释并执行字节码。基本结构如下:
如上图所示,JVM 主要分为三个子系统:类加载器、运行时数据区和执行引擎。
类加载器子系统它主要功能是处理类的动态加载,还有链接,并且在第一次引用类时进行初始化。
Loading - 加载,顾名思义,用于加载类,它有三种类加载器,根据双亲委托模型,从不同路径进行加载:
Bootstrap ClassLoader - 加载 rt.jar 核心类库,是优先级最高的加载器
Extension ClassLoader - 负责加载 jre\lib\ext 文件夹中的类
Application ClassLoader -负责加载 CLASSPATH 指定的类库
Linking - 链接,动态链接到运行时所需的资源,分为三步:
Verify - 验证:验证生成的字节码是否正确
Prepare - 准备:为所有静态变量,分配内存并赋予默认值
Resolve - 解析:将 class 文件常量池中所有对内存的符号引用,替换成到方法区的直接引用
Initialization - 类初始化,类加载的最后阶段,这里对静态变量进行赋值,并执行静态块。(注意区分对象初始化)
运行时数据区它约定了在运行时程序代码的数据比如变量、参数等等的存储位置,主要包含以下几部分:
PC 寄存器(程序计数器):保存正在执行的字节码指令的地址
栈:在方法调用时,创建一个叫栈帧的数据结构,用于存储局部变量和部分过程的结果,栈帧由以下几部分组成:
局部变量表:存储方法调用时传递的参数,从0开始存储this、方法参数、局部变量
操作数栈:执行中间操作,存储从局部变量表或对象实例字段复制的常量或变量值,以及操作结果,另外,还用来准备被调用方法的参数和接受方法调用的返回结果
动态链接:一个指向运行时常量池的引用,将 class 文件中的符号引用(描述一个方法调用了其他方法或访问成员变量)转为直接引用
方法返回地址:方法正常退出或抛出异常退出,返回方法被调用的位置
堆:存储类实例对象和数组对象,垃圾回收的主要区域
方法区:也被称为元空间,还有个别名 non-heap(非堆),使用本地内存存储 class meta-data 元数据(运行时常量池,字段和方法的数据,构造函数和方法的字节码等),在 JDK 8 中,把 interned String 和类静态变量移动到了 Java 堆
运行时常量池:存储类或接口中的数值字面量,字符串字面量以及所有方法或字段的引用,基本上涉及到方法或字段,JVM 就会在运行时常量池中搜索其具体的内存地址
本地方法栈:与 JVM 栈类似,只不过服务于 Native 方法
执行引擎运行时数据区存储着要执行的字节码,执行引擎将会读取并逐个执行。
Interpreter - 解释器,它对字节码的解释很快,但执行慢,有个缺点是,当方法被多次调用时,每次都需要重新解释。
JIT Compiler- JIT编译器, 解决了解释器的缺点,仍使用解释器来转换字节代码,但发现有代码重复执行时,会使用 JIT 编译器,将整个字节码编译成本地代码,将本地代码用于重复调用,从而提高系统的性能,有以下几部分组成:
中间代码生成器 - 生成中间代码
代码优化器 - 负责优化上面生成的中间代码
目标代码生成器 - 负责生成机器代码或本地代码
Profiler - 一个特殊组件,负责查找热点,判断该方法是否被多次调用
Garbage Collector- 垃圾收集器,收集和删除未引用的对象。
另外,还包括执行引擎所需的本地库(Native Method Libraries)和与其交互的 JNI 接口(Java Native Interface)。
现在来看下 Java 内存模型和 JVM 内存结构有何不同。
JVM 内存结构