JVM运行时数据区——运行时数据区及线程概述

文章目录

1、运行时数据区概述
2、线程
3、小结

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在程序执行期间把它所管理的内存分为若干个不同的数据区域。这些不同的数据区域可以分为两种类型：一种是在JVM启动时创建，仅在JVM退出时才被销毁，这种可以理解为线程共享的，另外一种数据区是针对每个线程的，是在创建线程时创建的，并在线程退出时销毁，这种可以理解为线程私有的。本贴将从线程的角度出发讲述JVM内存区域的划分。

1、运行时数据区概述

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在内存的划分方式和管理机制方面存在着部分差异。下文将结合Java虚拟机规范，来探讨一下经典的JVM内存布局。

如下图所示：
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运行时数据区可简单分为Native Method Stack（本地方法栈）、Program Counter Register（程序计数器）、Java Virtual Machine Stack（虚拟机栈）、Heap（堆区）和Method Area（方法区）。

JVM内存详细布局如下图所示：
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，其中虚拟机栈是以栈帧为基本单位构成的，栈帧包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和一些附加信息。堆区分为Young区（新生代）、Old区（老年代），这里讲解的是基于“经典分代”的HotSpot虚拟机内存布局。方法区分为常量池、方法元信息、klass类元信息。

JVM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。

如下图所示：
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黄色的区域为单个线程私有，红色的区域为多个线程共享。

(1)线程私有的区域包括程序计数器(Program Counter Register,PC Register)、虚拟机栈(Virtual Machine Stack,VMS)和本地方法栈(Native Method Stack,NMS)。
(2)线程间共享的区域包括堆区(Heap)、方法区(Method Area)。

我们来举例说明一下什么是线程共享。在Java中存在一个类Runtime，这个类的详细介绍如下图所示：
在这里插入图片描述
该类采用了单例设计模式，每一个Java应用程序都有当前类Runtime的唯一实例。当前Runtime对象可以通过类的getRuntime()方法获取，一个JVM实例就对应着一个Runtime实例，Runtime对象就相当于运行时环境。通过这个实例可以允许在应用程序中进行一些交互操作，比如获得虚拟机的内存信息等。当多个线程访问该对象时，只有一个实例供线程访问，这就是线程共享。

2、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执行。在HotSpot虚拟机中，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，此时这个操作系统的本地线程也会同时创建。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调度到任何一个可用的中央处理器(Central Processing Unit,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。run()方法正常执行完成包含两种情况。一种是执行过程中未出现异常，方法正常执行结束。另一种是执行过程中出现了异常但是触发了相应的异常处理机制。方法正常执行完成之后，Java线程和本地线程都会被回收，并释放相应的资源。

需要强调的一点，如果执行run()方法的过程中出现了一些未捕获的异常或者有些异常没有及时处理，这时就会导致Java线程终止，本地线程再决定JVM是否要终止。JVM是否要终止取决于当前线程是不是最后一个非守护线程，非守护线程也称为用户线程，用户线程可以认为是系统的工作线程，它会完成这个程序要完成的业务操作，当一个Java应用内只有守护线程时，JVM自动退出。

守护线程是一种特殊的线程，就和它的名字一样，它是系统的守护者，在后台默默完成一些系统性的服务。在HotSpot虚拟机中，常见的守护线程主要包括以下3种：