Java虚拟机(JVM)运行时数据区

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1. 概述

Java虚拟机(JVM)是一种抽象的计算机，它使计算机能够运行Java程序。 JVM负责执行编译后的Java代码中的指令。为了这样做，它需要一定量的内存来存储其操作所需的数据和指令。这些内存被划分为不同的区域。

在本教程中，我们将讨论不同类型的运行时数据区及其用途。每个JVM实现都必须遵循这里解释的规范。

JVM有几个所有在JVM中运行的线程共享的数据区域。因此，不同的线程可以同时访问这些区域中的任何一个。

堆是运行时数据区，存储所有的Java对象。 因此，每当我们创建一个新的类实例或数组时，JVM会在堆中找到一些可用的内存，并将其分配给对象。堆的创建发生在JVM启动时，其销毁发生在退出时。

根据规范，必须由自动管理工具处理对象的存储：这个工具被称为垃圾收集器。

JVM规范中没有对堆大小的限制。内存处理也留给了JVM实现。然而，如果垃圾收集器无法回收足够的空间来创建一个新对象，JVM将抛出_OutOfMemory_错误。

方法区是JVM中的共享数据区，存储类和接口的定义。 它在JVM启动时创建，只有在JVM退出时才会销毁。

具体来说，类加载器加载类的字节码并将其传递给JVM。然后，JVM创建类的内部表示，该表示用于在运行时创建对象和调用方法。这个内部表示收集了有关类和接口的字段、方法和构造函数的信息。

另外，让我们指出，方法区是一个逻辑概念。因此，它可能是具体JVM实现中堆的一部分。

再次，JVM规范没有定义方法区的大小，也没有定义JVM处理内存块的方式。

如果方法区的可用空间不足以加载一个新类，JVM将抛出_OutOfMemory_错误。

运行时常量池是方法区内的一个区域，包含对类和接口名称、字段名称以及方法名称的符号引用。

JVM利用在方法区创建类或接口的表示的同时，为这个类创建运行时常量池。

在创建运行时常量池时，如果JVM需要的内存超过了方法区中可用的内存，将抛出_OutOfMemory_错误。

除了共享的运行时数据区外，JVM还使用每个线程的数据区来存储每个线程特定的数据。JVM确实支持同时执行多个线程。

每个JVM线程都有自己的PC（程序计数器）寄存器。每个线程在任何给定时间执行单个方法的代码。PC的行为取决于方法的性质：

最后，让我们注意到，PC寄存器的生命周期与其底层线程的生命周期相同。

同样，每个JVM线程都有自己的私有栈。JVM栈是一种数据结构，用于存储方法调用信息。每个方法调用都会在栈上触发一个新的栈帧的创建，以存储方法的局部变量和返回地址。 这些栈帧可以存储在堆中。

由于JVM栈，JVM可以跟踪程序的执行，并按需记录堆栈跟踪。

再次，JVM规范让JVM实现决定它们如何处理JVM栈的大小和内存分配。

JVM栈上的内存分配错误会导致_StackOverflow_错误。然而，如果JVM实现允许动态扩展其JVM栈的大小，并且在扩展期间发生内存错误，JVM必须抛出_OutOfMemory_错误。

本地方法是用Java以外的其他编程语言编写的方法。这些方法没有被编译成字节码，因此需要一个不同的内存区域。

本地方法栈与JVM栈非常相似，但仅用于本地方法。

本地方法栈的目的是跟踪本地方法的执行。

JVM实现可以自行决定本地方法栈的大小以及它如何处理内存块。

与JVM栈一样，本地方法栈上的内存分配错误会导致_StackOverflow_错误。另一方面，增加本地方法栈大小的尝试失败会导致_OutOfMemory_错误。

最后，让我们注意到，规范强调JVM实现可以决定不支持本地方法调用：这样的实现不需要实现本地方法栈。

在本教程中，我们详细讨论了不同类型的运行时数据区及其用途。这些区域对于JVM的正常运行至关重要。理解它们可以帮助优化Java应用程序的性能。