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JVM篇1--JVM内存结构

news 2026/6/16 15:51:57

前言

（1） JVM定义

Java Virtual Machine,是java程序的运行环境（java二进制字节码的运行环境）。
优点：
（1）实现java语言的一次编写，到处运行。
（2）自动内存管理，垃圾回收功能。
（3）数组下标越界检查。
（4）多态。
JVM与JRE、JDK的关系：

JVM是一种规范，每个企业都可以实现自己的JVM。

下面的讲述的JVM都是以HotSpot为准。

（2） JVM组成部分

java源代码编译为二进制字节码(java class)后，需通过类加载器（ClassLoader）才能被加载到JVM里。类放在方法区（Method Area），类的对象放在堆（Heap），堆里面的对象调用方法时又会用到虚拟机栈（JVM Stacks）、程序计数器（PC Register）和本地方法栈（Native Method Stacks）。方法执行时每行代码由执行引擎中的解释器（Interpreter）逐行执行，方法中频繁调用的代码会被即时编译器（JIT Compiler）编译、优化执行。执行引擎中的垃圾回收（GC），会对堆里面不再被引用的对象进行回收。还有一些java代码必须调用底层操作系统的功能，需要使用本地方法接口。

一、JVM的内存结构

JVM的内存结构包括上图中的5个部分。

1.1 程序计数器

Program Counter Register程序计数器（是一个寄存器）。
下图中中间的是二进制字节码反汇编后的汇编代码，二进制字节码全是0和1，读起来很困难。

特点：
（1）线程私有。切换线程时会保存寄存器的值（记录程序执行位置），程序计数器的值属于线程。
（2）不会存在内存溢出。JVM规范中规定了程序计数器没有内存溢出，各厂商对JVM实现时不用考虑程序计数器溢出。
可能会有疑问：为什么程序计数器算JVM内存结构，它不是寄存器吗？
在JVM内存结构的逻辑模型中，程序计数器被定义为一个独立的、线程私有的内存区域，用于指示下一条要执行的字节码指令。虽然在物理实现上它很可能（并且通常）映射到CPU寄存器，但这属于JVM实现的细节

1.2 虚拟机栈（又称“栈内存”）

1.2.1 定义

Java Virtual Machine Stacks（Java虚拟机栈）,是线程运行需要的内存空间。
每个栈可以看成由多个栈帧（Frame）组成,一个栈帧对应一个方法运行时需要的内存，包括参数、局部变量，返回地址等信息。
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。
若是一个方法a调用另一个方法b，则方法a的栈帧先入栈，后方法b的栈帧入栈，方法b执行完后方法b的栈帧出栈，方法a执行完方法a的栈帧出栈。

1.2.2 问题思考

（1）垃圾回收是否涉及栈内存？
不涉及。方法调用完栈帧出栈，不需要垃圾回收。
（2）栈内存越大越好吗？
不是，栈内存增大线程数会减小，因为物理内存大小是固定的
（3）方法内的局部变量是否线程安全？
题目的意思是方法中的局部变量是对线程共有的，还是对线程私有的。答案是局部变量对线程是私有的，不会产生线程安全问题。
若是局部变量是static，则局部变量对线程是共享的，如果不加线程保护则会产生线程安全问题。

总结：
如果方法内局部变量没有逃离方法的作用访问（上图中的m2方法sb对象为参数，可能也被其他线程访问；m3方法sb作为返回值，可能被其他方法获得并访问），它是线程安全的；如果是局部变量引用了对象，并逃离了方法的作用访问，则需要考虑线程安全问题。