1.1 Java代码说明JVM内存布局

2016-02-20 02:28:36 2,164 0


通常情况下,我们在研究JVM内存布局的时候,主要研究的就是Java虚拟机栈和堆(Heap)。这也是大多人将Java虚拟机内存粗分为栈内存和堆内存的原因。然后从另外一个角度,HotSpot虚拟机已经将Java虚拟机栈和本地方法栈合并了,和方法区也是堆内存的逻辑组成部分。因此这里我们也粗分为堆内存和栈内存,用具体的Java代码来说明对象在内存中的布局。

这张图演示了Java内存模型的逻辑视图。

每一个运行在Java虚拟机里的线程都拥有自己的线程栈。这个线程栈包含了这个线程调用的方法当前执行点相关的信息。一个线程仅能访问自己的线程栈。一个线程创建的本地变量对其它线程不可见,仅自己可见。即使两个线程执行同样的代码,这两个线程任然在在自己的线程栈中的代码来创建本地变量。因此,每个线程 拥有每个本地变量的独有版本。

所有原始类型(int,long...)的本地变量都存放在线程栈上,因此对其它线程不可见。一个线程可能向另一个线程传递一个原始类型变量的拷贝,但是它不能共享这个原始类型变量自身。

堆上包含在Java程序中创建的所有对象,无论是哪一个对象创建的。这包括原始类型的对象版本。如果一个对象被创建然后赋值给一个局部变量,或者用来作为另一个对象的成员变量,这个对象任然是存放在堆上。

下面这张图演示了调用栈和本地变量存放在线程栈上,对象存放在堆上。

  • 一个本地变量可能是原始类型,在这种情况下,它总是“呆在”线程栈上。

  • 一个本地变量也可能是指向一个对象的一个引用。在这种情况下,引用(这个本地变量)存放在线程栈上,但是对象本身存放在堆上。

  • 一个对象可能包含方法,这些方法可能包含本地变量。这些本地变量任然存放在线程栈上,即使这些方法所属的对象存放在堆上。

  • 一个对象的成员变量可能随着这个对象自身存放在堆上。不管这个成员变量是原始类型还是引用类型。

  • 静态成员变量跟随着类定义一起也存放在堆上。

  • 存放在堆上的对象可以被所有持有对这个对象引用的线程访问。当一个线程可以访问一个对象时,它也可以访问这个对象的成员变量。如果两个线程同时调用同一个对象上的同一个方法,它们将会都访问这个对象的成员变量,但是每一个线程都拥有这个本地变量的私有拷贝。


下图演示了上面提到的点:

两个线程拥有一些列的本地变量。其中一个本地变量(Local Variable 2)执行堆上的一个共享对象(Object 3)。这两个线程分别拥有同一个对象的不同引用。这些引用都是本地变量,因此存放在各自线程的线程栈上。这两个不同的引用指向堆上同一个对象。

注意,这个共享对象(Object 3)持有Object2和Object4一个引用作为其成员变量(如图中Object3指向Object2和Object4的箭头)。通过在Object3中这些成员变量引用,这两个线程就可以访问Object2和Object4。

这张图也展示了指向堆上两个不同对象的一个本地变量。在这种情况下,指向两个不同对象的引用不是同一个对象。理论上,两个线程都可以访问Object1和Object5,如果两个线程都拥有两个对象的引用。但是在上图中,每一个线程仅有一个引用指向两个对象其中之一。


因此,什么类型的Java代码会导致上面的内存图呢?如下所示:

public class MyRunnable implements Runnable() {

    public void run() {
        methodOne();
    }

    public void methodOne() {
        int localVariable1 = 45;

        MySharedObject localVariable2 =
            MySharedObject.sharedInstance;

        //... do more with local variables.

        methodTwo();
    }

    public void methodTwo() {
        Integer localVariable1 = new Integer(99);

        //... do more with local variable.
    }
}


public class MySharedObject {

    //static variable pointing to instance of MySharedObject

    public static final MySharedObject sharedInstance =
        new MySharedObject();


    //member variables pointing to two objects on the heap

    public Integer object2 = new Integer(22);
    public Integer object4 = new Integer(44);

    public long member1 = 12345;
    public long member1 = 67890;
}

如果两个线程同时执行run()方法,就会出现上图所示的情景。run()方法调用methodOne()方法,methodOne()调用methodTwo()方法。

methodOne()声明了一个原始类型的本地变量和一个引用类型的本地变量。

每个线程执行methodOne()都会在它们对应的线程栈上创建localVariable1localVariable2的私有拷贝。localVariable1变量彼此完全独立,仅“生活”在每个线程的线程栈上。一个线程看不到另一个线程对它的localVariable1私有拷贝做出的修改。

每个线程执行methodOne()时也将会创建它们各自的localVariable2拷贝。然而,两个localVariable2的不同拷贝都指向堆上的同一个对象。代码中通过一个静态变量设置localVariable2指向一个对象引用。仅存在一个静态变量的一份拷贝,这份拷贝存放在堆上。因此,localVariable2的两份拷贝都指向由MySharedObject指向的静态变量的同一个实例。MySharedObject实例也存放在堆上。它对应于上图中的Object3。

注意,MySharedObject类也包含两个成员变量。这些成员变量随着这个对象存放在堆上。这两个成员变量指向另外两个Integer对象。这些Integer对象对应于上图中的Object2和Object4.

注意,methodTwo()创建一个名为localVariable的本地变量。这个成员变量是一个指向一个Integer对象的对象引用。这个方法设置localVariable1引用指向一个新的Integer实例。在执行methodTwo方法时,localVariable1引用将会在每个线程中存放一份拷贝。这两个Integer对象实例化将会被存储堆上,但是每次执行这个方法时,这个方法都会创建一个新的Integer对象,两个线程执行这个方法将会创建两个不同的Integer实例。methodTwo方法创建的Integer对象对应于上图中的Object1和Object5。

还有一点,MySharedObject类中的两个long类型的成员变量是原始类型的。因为,这些变量是成员变量,所以它们任然随着该对象存放在堆上,仅有本地变量存放在线程栈上。