JVM3 运行时数据区

2023-09-29 16:45:10

运行时数据区
- 运行时数据区结构概述
- 程序计数器(PC寄存器)
  - PC寄存器的作用
  - 举例

运行时数据区

运行时数据区结构概述

运行时数据区与内存

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

1.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。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。
2.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

主要针对hotspot

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

红色随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机(一个虚拟机对应一个进程)退出而销毁。
灰色与线程对应的，随着线程开始和结束而创建和销毁。

线程私有

程序计数器PC
本地方法栈NMS
虚拟机栈VMS

线程共有

堆可以理解垃圾回收95%
堆外内存（永久代或元空间（可以理解为方法区的实现）、代码缓存））垃圾回收5%

Runtime类

每个JVM实例只有一个Runtime实例。 Runtime实例就是运行时数据区。

JVM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(私有数据准备好)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
操作系统负责将线程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jconsole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[])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)

程序计数器用于存储当前运行的线程所执行的字节码的行号指示器。
PC计数器是线程私有的，生命周期同线程一致。
任何时间一个线程都只有一个方法在执行
在方法正在执行时，该方法的程序计数器记录的是实时虚拟机字节码指令的地址。
如果该方法运行的是Native（本地)方法，则程序计时器的值为空。

栈没有垃圾回收，只有入栈出栈操作，但是有可能会内存溢出。
PC计数器没有垃圾回收，不会内存溢出

PC寄存器的作用

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

任何时间一个线程都只有一个方法在执行，称为当前方法，最上面执行的方法：当前方法

举例

新建一个PCRegister类编译

public class PCRegister {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;

    }
}

使用 jClassLib Bytecode viewer 查看字节码

//左边的数据 指令地址或偏移地址 bipush操作指令
 0 bipush 10      //取数10
 2 istore_1		//保存在索引为1的位置
 3 bipush 20	//20
 5 istore_2		//保存到索引为2的位置上
 6 iload_1  //取出索引1位置的值
 7 iload_2  //取出索引2位置的值
 8 iadd   //相加
 9 istore_3 //存放在索引3的位置
10 return

增加String类型的变量

public class PCRegister {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        int j = 20;
        int k = i + j;
		
		String s = "abc";
        System.out.println(i);
        System.out.println(k);

    }
}

重新编译，查看字节码

//常量池
//main方法
 0 bipush 10
 2 istore_1
 3 bipush 20
 5 istore_2
 6 iload_1
 7 iload_2
 8 iadd
 9 istore_3
10 ldc #2 <abc>     // 从常量池中取常量 #2
12 astore 4		//先找#2再找#27 两个操作，所以地址变成了12
14 getstatic #3 <java/lang/System.out>
17 iload_1
18 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
21 getstatic #3 <java/lang/System.out> 
24 iload_3
25 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>
28 return

假设PC 寄存器中存储5，然后执行引擎读取 PC 寄存器中的值，去地址5取出该指令并翻译成机器指令，由CPU做运算

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