JVM(二):运行时数据区

概述

内存是非常重要的系统资源,是硬件和CPU的中间仓库及桥梁,承载着操作系统和应用程序的实时运行。
JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略,保证了JVM的高效稳定运行。
不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。
Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区,其中有一些会随着虚拟机启动而创建,随着虚拟机退出而销毁,另外一些则是与线程一一对应的,这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。

  • 线程私有:本地方法栈、程序计数器、虚拟机栈。
  • 线程共享: 堆、元数据区、代码缓存。 JVM(二):运行时数据区详解

程序计数器

介绍

JVM中的程序计数寄存器(Program Counter Register)中,Register的命名源于CPU的寄存器,寄存器存储指令相关的现场信息,CPU只有把数据装载到寄存器才能够运行,这里,并非是广义上 v所指的物理寄存器,或许将其翻译为PC计数器(或指令计数器)会更加贴切(也称为升序钩子),并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模型。

作用

PC寄存器用来存储指向下一条指令的地址,也就是即将要执行的指令代码。由执行引擎读取下一条指令。

  • 它是一块很小的内存空间,几乎可以忽略不计,也是运行速度最快的存储区域。

  • 在JVM规范中,每个线程都有它自己的程序计数器,是线程私有的,生命周期与线程的生命周期保持一致。

  • 任何时间一个线程都只有一个方法在执行,也就是所谓的==当前方法 ==。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址,或者,如果是在执行native方法,则是未指定值(undefined)

  • 它是程序控制流的指示器,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器完成。

  • 字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

  • 它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM Error情况的区域。(既没有GC也没有OOM)。 JVM(二):运行时数据区详解
    1.使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用?为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址?
    JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令。
    因为CPU需要不停的切换各个线程,这时候切换回来以后,就得知道接着从哪里开始继续执行。

    2.PC寄存器为什么会被设定为线程私有?
    CPU在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法,CPU会不停地做任务切换,这样必然导致经常中断或恢复,如何保证分毫无差呢?==为了能够准确的记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址,最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器,==这样一来各个线程之间便可以独立计算,从而不会出现相互干扰的情况。
    由于CPU时间片轮流限制,众多线程在并发执行过程中,任务一个确定的时刻,一个处理器或者多核处理器中的一个内核,只会执行某个线程中的一条指令。
    这样必然导致经常中断或恢复,如何保证分毫无差呢?每个线程在创建后,都会产生自己的程序计数器和栈帧,程序计数器在各个线程之间互不影响。

CPU时间片
即CPU分配给各个程序的时间,每个线程被分配一个时间段,称作它的时间片。
在宏观上:我们可以同时打开多个应用程序,每个程序并行不悖,同时运行。
但在微观上:由于只有一个CPU,一次只能处理程序要求的一部分,如何处理公平,一种方法就是引入时间片,每个程序轮流执行。

虚拟机栈

概述

由于跨平台性的设计,Java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CUP架构不同,所以不能设计为给予寄存器的。
优点是快平台,指令集小,编译器容易实现,确定是性能下降,实现同样的功能需要更多的指令。
栈是运行时的单位,而堆是存储的单位。
即:栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。
Java虚拟机栈(Java Virtual Mechine Stack),早期也叫Java栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈,其内部保存一个个栈帧(Stack Frame),对应着一次次的Java方法调用

未完待续。。。

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