1 JVM 的内存区域布局

• java 代码的执行步骤有三点

  • java 源码文件 -> 编译器 -> 字节码文件
  • 字节码文件 ->JVM-> 机器码
  • 机器码 -> 零碎 CPU 执行
• JVM 执行的字节码须要用类加载来载入；字节码文件能够来自本地文件，能够在网络上获取，也能够实时生成。就是说你能够跳过写 java 代码阶段，间接生成字节码交由 JVM 执行
• 其中 Java 虚拟机栈、程序计数器、Heap、本地办法栈、Metaspace 属于 JVM 运行时的内存；按 是否线程共享 则能够分两类

• JAVA 堆和 MetasSpace 元空间属于线程共享的；虚拟机栈和本地办法栈、程序计数器是线程公有的

2 JVM 五大数据区域介绍

• 2.1 程序计数器（Progarm Counter Register)

  • 一块较小的内存空间, 是以后线程所执行的字节码的行号指示器。线程有一个独属的程序计数器，字节码解析工作时须要程序计数器来选取下一指令，分支、循环、跳转等依赖它
  • 正在执行 java 办法线程的计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址；如果还是 Native 办法，则为空
  • 程序计数器内存区域是惟一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 谬误的区域
• 2.2 虚拟机栈(Virtual Machine Stack)

• 2.3 本地办法栈(Native Method Stack)

  • 本地办法栈和虚拟机栈作用相似，区别是虚拟机栈为执行 Java 办法服务，而本地办法栈则为 Native 办法服务。(HopShot 的实现 间接把本地办法栈和虚拟机栈合二为一）
• 上述 3 类区域，生命周期与 Thread 雷同，即：线程创立时，相应的内存区创立，线程销毁时，开释相应内存

• 2.4 堆(Heap)

  • 线程共享的一块内存区域，简直所有的对象实例在这里分配内存，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。因而很多时候也叫 GC 堆
  • 线程公有的调配缓存区 (Thread Local Alloaction Buffer) 也是在堆划分进去的
  • JDK8 的版本，因应用元空间代替永恒代，字符串常量池和类的动态变量也放入 java 堆中

• 2.5 元空间(MetaSpace)

  • 次要存储类的元数据，比方类的各种形容信息，类名、办法、字段、拜访限度等，既编译器编译后的代码等数据
  • 运行时常量池：Class 文件中除了有类的版本、字段、办法等形容等信息外；还有一项信息是常量池，用于寄存编译期生成的各种字面量和符号援用，这部分将在类加载后寄存到元空间的运行时常量池中

• 应用元空间代替永恒代起因

  • 永恒代的大小是在启动时固定好的，很难进行调优；太大则容易导致永恒代溢出；太小在运行时，容易抛出 OutOfMemeryError
  • 字符串存在永恒代中，应用时易出问题，因为永恒代内存常常不够用，爆出异样 OutOfMemoryError: PermGen

• CodeCache

  • JVM 生成的 native code 寄存的内存空间称之为 Code Cache；JIT 编译、JNI 等都会编译代码到 native code，其中 JIT 生成的 native code 占用了 Code Cache 的绝大部分空间

• 间接内存

  • 它并不是虚拟机运行时数据区的个别分，也不在标准定义。JDK1.4，引入了 Channel(通道)与 Buffer(缓存区)的 I / O 形式，它能够应用 Native 函数调配堆外内存，可通过 DirectByteBuffer 操作。

3 JVM 运行时内存布局和 JMM 内存模型区别

• JVM 内存区域是指 JVM 运行时将内存数据分区域存储，强调对内存空间的划分
• JAVA 内存模型是 Java 语言在多线程并发状况下对于共享变量内存操作的标准：解决变量在多线程的可见性、原子性的问题

4 JMM 内存模型交互操作

• 内存交互操作有八种，虚拟机的实现保障每一个操作都是原子性的

  • lock(锁定)：作用于主内存的变量，标识变量为线程独占状态
  • unlock(解锁)：作用于主内存的变量，开释一个处于锁定状态的变量，开释后的变量才能够被其余线程锁定
  • read(读取)：作用于主内存变量，从主内存中读取出前面 load 操作要用到的变量
  • load(载入)：作用于主内存中的变量，把方才 read 的值放入工作内存的正本中
  • use(应用)：作用于工作内存中的变量，当线程执行某个字节码指令须要用到相应的变量时，把工作内存中的变量正本传给执行引擎
  • assign(赋值)：作用于工作内存中的变量，把一个从执行引擎中承受到的值放入工作内存的变量正本中
  • store(存储)：作用于工作内存中的变量，把工作内存中的变量送到主内存，给后续的 write 应用
  • write(写入)：作用于主内存中的变量，把 store 的工作内存中的变量值，写入主内存中
• read 和 load 如同是雷同的操作？各位有何高见，请指教下

• JMM 对这八种指令的应用，制订了如下规定

  • read 和 load、store 和 write 必须程序执行，而且两个指令绑定呈现；就是说呈现 read 就要有 load
  • 不容许一个线程抛弃最近的 assign 操作，工作内存中的变量扭转后，必须 write 同步到主内存
  • 不容许一个线程把没有产生 assign 操作的变量同步到主内存
  • 新的变量必须诞生于主内存，不容许工作内存应用一个没有初始化的变量；use、store 操作变量之前，必须通过 load 和 assign 操作
  • 变量同一时刻只容许一个线程对其 lock，该线程能够对该变量加锁屡次，开释锁须要执行雷同次数的 unlock，lock 和 unlock 要成对呈现
  • 一个变量没有 lock，不能 unlock；并且一个线程不能 unlock 被其余线程锁住的变量
  • 执行 unlock 前，必须把工作内存中的变量同步到主内存中
  • 执行 lock 操作，须要清空工作内存（所有），并且须要应用该变量之前，要从新执行 load 和 assign 操作

欢送指注释中谬误

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参考文章

• 深刻了解 Java 虚拟机
• JVM 之内存布局超具体整顿
• Metaspace 之一：Metaspace 整体介绍