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概述
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概述
运行时数据区也就是下图这部分它是在类加载完成后的阶段 当我们通过前面的类的加载- 验证 - 准备 - 解析 - 初始化 这几个阶段完成后就会用到执行引擎对我们的类进行使用同时执行引擎将会使用到我们运行时数据区 内存是非常重要的系统资源是硬盘和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。结合JVM虚拟机规范来探讨一下经典的JVM内存布局。 我们把大厨后面的东西切好的菜刀调料比作是运行时数据区。而厨师可以类比于执行引擎将通过准备的东西进行制作成精美的菜品 我们通过磁盘或者网络IO得到的数据都需要先加载到内存中然后CPU从内存中获取数据进行读取也就是说内存充当了CPU和磁盘之间的桥梁 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。 灰色的为单独线程私有的红色的为多个线程共享的。即 每个线程独立包括程序计数器、栈、本地栈。线程间共享堆、堆外内存永久代或元空间、代码缓存每个JVM只有一个Runtime实例。即为运行时环境相当于内存结构的中间的那个框框运行时环境。 线程
线程是一个程序里的运行单元。JVM允许一个应用有多个线程并行的执行。 在Hotspot JVM里每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。
当一个Java线程准备好执行以后此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java线程执行终止后本地线程也会回收。
操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功它就会调用Java线程中的run()方法。 JVM系统线程
如果你使用console或者是任何一个调试工具都能看到在后台有许多线程在运行。这些后台线程不包括调用public static void main(String[] args)的main线程以及所有这个main线程自己创建的线程。
这些主要的后台系统线程在Hotspot JVM里主要是以下几个 虚拟机线程这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括stop-the-world的垃圾收集线程栈收集线程挂起以及偏向锁撤销。周期任务线程这种线程是时间周期事件的体现比如中断他们一般用于周期性操作的调度执行。GC线程这种线程对在JVM里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。编译线程这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码。信号调度线程这种线程接收信号并发送给JVM在它内部通过调用适当的方法进行处理。程序计数器(PC寄存器)
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程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拟。 作用 它是一块很小的内存空间几乎可以忽略不记。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来完成。 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OutofMemoryError情况的区域。 举例说明 public static void main(String[] args) {int i1;int b2;int cib;System.out.println(c);}
字节码文件 0 iconst_11 istore_12 iconst_23 istore_24 iload_15 iload_26 iadd7 istore_38 getstatic #2 java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
11 iload_3
12 invokevirtual #3 java/io/PrintStream.println : (I)V
15 return
面试
使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址呢
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开始继续执行。
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。
PC寄存器为什么被设定为私有的
我们都知道所谓的多线程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地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进行独立计算从而不会出现相互干扰的情况。
由于CPU时间片轮限制众多线程在并发执行过程中任何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。
并发Concurrency
早期计算机的 CPU 都是单核的一个 CPU 在同一时间只能执行一个进程/线程当系统中有多个进程/线程等待执行时CPU 只能执行完一个再执行下一个。
并行Parallelism
并发是针对单核 CPU 提出的而并行则是针对多核 CPU 提出的。和单核 CPU 不同多核 CPU 真正实现了“同时执行多个任务”。多核 CPU 的每个核心都可以独立地执行一个任务而且多个核心之间不会相互干扰。在不同核心上执行的多个任务是真正地同时运行这种状态就叫做并行。
