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JVM虚拟机结构与机制(二)
2017-04-21 10:23:13 】 浏览:355
Tags:JVM 虚拟 结构 机制
sp;   为了处理java方法中的异常情况,帧数据区还必须保存一个对此方法异常引用表的引用。当异常抛出时,JVM给catch块中的代码。如果没发现,方法立即终止,然后JVM用帧区数据的信息恢复发起调用的方法的帧。然后再发起调用方法的上下文重新抛出同样的异常。


四、本地方法栈(Native Method Stack)


    本地方法栈类似于Java栈,主要存储了本地方法调用的状态。在Sun JDK中,本地方法栈和Java栈是同一个。


五、方法区(Method Area)


    方法区是系统分配的一个内存逻辑区域,是用来存储类型信息的(类型信息可理解为类的描述信息)。方法区主要有以下几个特点: 
      1.方法区是线程安全的。由于所有的线程都共享方法区,所以,方法区里的数据访问必须被设计成线程安全的。例如,假如同时有两个线程都企图访问方法区中的同一个类,而这个类还没有被装入JVM,那么只允许一个线程去装载它,而其它线程必须等待 
      2.方法区的大小不必是固定的,JVM可根据应用需要动态调整。同时,方法区也不一定是连续的,方法区可以在一个堆(甚至是JVM自己的堆)中自由分配。 
      3.方法区也可被垃圾收集,当某个类不在被使用(不可触及)时,JVM将卸载这个类,进行垃圾收集 


六、堆(Heap)


    堆用于存储对象实例以及数组值。堆中有指向类数据的指针,该指针指向了方法区中对应的类型信息。堆中还可能存放了指向方法表的指针。堆是所有线程共享的,所以在进行实例化对象等操作时,需要解决同步问题。此外,堆中的实例数据中还包含了对象锁,并且针对不同的垃圾收集策略,可能存放了引用计数或清扫标记等数据。


    在堆的管理上主要分为新生代、旧生代。


    1.新生代(New Generation)


      HotSpot JVM把年轻代分为了三部分:1个Eden区和2个Survivor区(分别叫from和to)。默认比例为8:1,为啥默认会是这个比例,接下来我们会聊到。一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后,如果仍然存活,将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC,年龄就会增加1岁,当它的年龄增加到一定程度时,就会被移动到年老代中。


     因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(80%以上),所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法,复制算法的基本思想就是将内存分为两块,每次只用其中一块,当这一块内存用完,就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。


     在GC开始的时候,对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区,Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC,Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”,而在“From”区中,仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值,可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中,没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后,Eden区和From区已经被清空。这个时候,“From”和“To”会交换他们的角色,也就是新的“To”就是上次GC前的“From”,新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样,都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,直到“To”区被填满,“To”区被填满之后,会将所有对象移动到年老代中。


   2.旧生代(Old Generation/Tenuring Generation)


     旧生代与新生代不同,对象存活的时间比较长,比较稳定,因此采用标记(Mark)算法来进行回收,所谓标记就是扫描出存活的对象,然后再进行回收未被标记的对象,回收后对用空出的空间要么进行合并,要么标记出来便于下次进行分配,总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。


 七、执行引擎


     执行引擎是JVM执行Java字节码的核心,执行方式主要分为解释执行、编译执行、自适应优化执行、硬件芯片执行方式。


     JVM的指令集是基于栈而非寄存器的,这样做的好处在于可以使指令尽可能紧凑,便于快速地在网络上传输(别忘了Java最初就是为网络设计的),同时也很容易适应通用寄存器较少的平台,并且有利于代码优化,由于Java栈和PC寄存器是线程私有的,线程之间无法互相干涉彼此的栈。每个线程拥有独立的JVM执行引擎实例。


    1.解释执行


      JVM可以解释执行字节码。Sun JDK采用了token-threading的方式。


      解释执行中有几种优化方式:


         a.栈顶缓存


           将位于操作数栈顶的值直接缓存在寄存器上。


         b.部分栈帧共享


           调用方法可将调用方法栈帧中的操作数栈作为自己的局部变量区,这样在获取方法参数时减少了复制参数的开销。


         c.执行机器指令


           JVM会执行机器指令以提高速度。


      2.编译执行


        为了提升执行速度,Sun JDK提供了将字节码编译为机器指令的支持,主要利用了JIT(Just-In-Time)编译器在运行时进行编译,它会在第一次执行时编译字节码为机器码并缓存,之后就可以重复利用。Oracle JRockit采用的是完全的编译执行。


     Sun JDK在编译上采用了两种模式:Client和Server模式。前者较为轻量级,占用内存较少。后者的优化程序更高,占用内存更多。


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