工做以來,代碼越寫越多,程序也愈來愈臃腫,效率愈來愈低,對於我這樣一個追求完美的程序員來講,這是絕對不被容許的,因而除了不斷優化程序結構外,內存優化和性能調優就成了我慣用的「伎倆」。java
要對Java程序進行內存優化和性能調優,不瞭解虛擬機的內部原理(或者叫規範更嚴謹一點)是確定不行的,這裏推薦一本好書《深刻Java虛擬機 (第二版)》(Bill Venners著,曹曉剛 蔣靖 譯,實際上本文正是做者閱讀本書以後,對Java虛擬機的我的理解闡述)。固然了,瞭解Java虛擬機的好處並不只限於上述兩點好處。從更深一點的技術層 面上看,瞭解Java虛擬機的規範和實現,將更加有助於咱們編寫高效、穩定的Java代碼。好比,假如瞭解Java虛擬機的內存模型,瞭解虛擬機的內存回 收機制,那麼咱們就不會過度依賴它,而會在須要的時候顯式的」釋放內存」(Java代碼不能顯式釋放內存,可是能夠經過釋放對象引用告知垃圾回收器回收該 對象須要被回收),以下降沒必要要的內存消耗;假如咱們瞭解Java棧的工做原理,那麼咱們就能夠經過減小遞歸層數,減小循環次數來下降堆棧溢出的風險。可 能對於應用開發人員來講,可能不會直接去涉及這些Java虛擬機底層實現的工做,可是瞭解這些背景知識,或多或少,都會對咱們寫的程序產生潛移默化的好的 影響。程序員
本篇文章,將簡明扼要的說明Java虛擬機的體系結構和內存模型,若有用詞不妥或解釋不許確之處,請不吝指正,深感榮幸!編程
Java 虛擬機體系結構數組
類裝載子系統網絡
Java虛擬機有兩種類裝載器,分別是啓動類裝載器和用戶自定義裝載器。多線程
通類裝載子系統經過類的全限定名(包名和類名,網絡裝載還包括 URL)將 Class 裝載進運行時數據區。對於每個被裝載的類型,Java虛擬機都會建立一個java.lang.Class類的實例來表明該類型,該實例被放在內存中的堆 區,而裝載的類型信息則位於方法區,這一點和全部其餘對象都是同樣的。架構
類裝載子系統在裝載一個類型前,除了要定位和導入對應的二進制class文件外,還要驗證導入類的正確性,爲類變量分配並初始化內存,以及解析符號引用爲直接引用,這些動做嚴格按照如下順序進行:性能
1)裝載——查找並裝載類型的二進制數據;優化
2)鏈接——執行驗證,準備以及解析(可選)網站
3)驗證 確保被導入類型的正確性
4)準備 爲類變量分配內存,並將其初始化爲默認值
5)解析 把類型中的符號引用轉換爲直接應用
方法區
對於每個被類裝載子系統裝載的類型,虛擬機都會保存下列數據到方法區:
類型的全限定名
類型超類的全限定名(java.lang.Object沒有超類)
類型是類類型仍是接口類型
類型的訪問修飾符
任何直接超接口的全限定名有序列表
除了上述基本類型信息,還將保存以下信息:
類型的常量池
字段信息(包括字段名、字段類型、字段修飾符)
方法信息(包括方法名、返回類型、參數的數量和類型、方法修飾符,若是方法不是抽象和本地的,還將保存方法的字節碼、操做數棧和該方法棧幀中的局部變量區的大小和異常表)
常量之外的全部類變量(其實就是類的靜態變量,由於靜態變量是全部實例共享的,且與類型直接相關,因此他們是類一級的變量,做爲類的成員被保存在方法區)
一個到類ClassLoader的引用
//返回的就是剛纔保存的ClassLoader引用
String.class.getClassLoader();
一個到Class類的引用
//將返回剛纔保存的Class類的引用
String.class;
注意,方法區也是能夠被垃圾回收器回收的。
堆
Java程序在運行時建立的全部類實例或數組都放在同一個堆中,而每個Java虛擬機也是有一個對空間,全部線程共享一個堆(這就是一個多線程的Java程序會產生對象訪問的同步問題的緣由了)。
因爲每一種Java虛擬機都有對虛擬機規範的不一樣實現,因此咱們可能不知道每一種Java虛擬機在堆中是以何種形式表示對象實例的,不過咱們能夠經過下面這可能的實現來一窺端倪:
程序計數器
對於運行中的Java程序而言,每個線程都有本身的PC(程序計數器)寄存器,它是在該線程啓動時建立的,大小爲一個字長,用來保存須要被執行的下一行代碼的位置。
Java棧
每個線程都有一個Java棧,以棧幀爲單位保存線程的運行狀態。虛擬機對Java棧的操做有兩種:壓棧和出棧,兩者都已幀爲單位。棧幀保存了傳入參數、局部變量、中間運算結果等數據,在方法完成時被彈出,而後釋放。
看一下兩個局部變量相加時棧幀的內存快照
本地方法棧
這是 Java 調用操做系統本地庫的地方,用來實現 JNI(Java Native Interface,Java 本地接口)
執行引擎
Java虛擬機的核心,控制裝入 Java 字節碼並解析;對於運行中的Java程序而言,每個線程都是一個獨立的虛擬機執行引擎的實例,從線程生命週期的開始到結束,他要麼在執行字節碼,要麼在執行本地方法。
本地接口
鏈接了本地方法棧和操做系統庫。
注:文中全部提到」Java虛擬機」的地方都是指」JavaEE和JavaSE平臺的Java虛擬機規範」。
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