JVM虚拟机与内存模型

JVM虚拟机与内存模型

JVM虚拟机与内存模型
概述

悬挂指针

JVM虚拟机和内存模型

垃圾回收

总结

概述

大约7年前，偶然的机会听了中科院薛景轩老师的《C++的基本概念及原理》课程，课如其名，对C++许多概念都进行了充分的说明，这是同时代的所有其它可能无法做到的，我对其中的内存模型部分印象深刻，薛老对内存模型的理解及其证明步骤深入我心，并且在本科阶段跟着一位很牛的老师（王老汉）做了较多的实践，其中它是最具代表性的工作，可以说对内存模型及其其它C++概念的深入理解，对于我调试程序等任务都有积极的促进作用，在我本科毕业时王老汉跟我说，学学Java，这会让你有不一样的体验。带着这句话和这份期待，我进入了硕士阶段的学习，大部分同学在这个阶段可能会放弃写大量的代码，但是我恰恰相反，我的硕导对代码能力的要求极高，也正是这份严格的要求，使得我在准备读博士申请博士期间，获得了很多老师的认可，不管是科研能力还是工程实现能力。硕士阶段，全部是用Java编码，包括我的毕设项目等等。在使用Java过程中，我对JVM有一些自己的感悟，或许这种感悟带着曾经C++程序员的观点。开篇，我先说明JVM的实现巧妙但不并唐突，在其设计原理中，我们能够看到一些在计算机基础课程（如操作系统、计算机原理）中折中设计的影子。JVM的美值得我们说说。如果你曾经是一名C++程序员，那么你可能会从这篇文章开始觉得Java的设计并不那么陌生。>，可以说对内存模型及其其它C++概念的深入理解，对于我调试程序等任务都有积极的促进作用，在我本科毕业时王老汉跟我说，学学Java，这会让你有不一样的体验。带着这句话和这份期待，我进入了硕士阶段的学习，大部分同学在这个阶段可能会放弃写大量的代码，但是我恰恰相反，我的硕导对代码能力的要求极高，也正是这份严格的要求，使得我在准备读博士申请期间，获得了很多老师的认可，不管是科研能力还是工程实现能力。硕士阶段，全部是用Java编码，包括我的毕设项目等等。在使用Java过程中，我对JVM有一些自己的感悟，或许这种感悟带着曾经C++程序员的观点。开篇，我先说明JVM的实现巧妙但不并唐突，在其设计原理中，我们能够看到一些在计算机基础课程（如操作系统、计算机原理）中折中设计的影子。JVM的美值得我们说说。如果你曾经是一名C++程序员，那么你可能会从这篇文章开始觉得Java的设计并不那么陌生。

悬挂指针

C++程序员都知道，悬挂指针的概念，为了解决悬挂指针，在C++中引入了引用数据类型，引用类型用一句话概括：别名其表，指针其实。在大部分的C++教材中，把引用定义为一个变量的别名，这源于大家对以谭浩强为代表的中文教材的推崇，这种理解不应该是一名合格的程序员应该有的理解。引用类型其实是C++为了避免程序员在使用过程中对指针的滥用而设计的类型，当然在后来C++11等标准中加强了对引用数据类型的介绍，但是我想大部分老的C++程序员还在引以为豪的使用指针，而对C++中出现了引用数据类型视而不见。有人会说你不是在说Java，怎么一直在说C++呢？我想说的是，Java中的引用数据类型，不是凭空而来的，它正是对C++中引用类型的完美应用，这种应用最根本在于自动垃圾回收机制的出现。

JVM虚拟机和内存模型

我们都知道，Java一直在说”Write one, Run anywhere”，即一次开发，处处运行。实质上JVM（Java Virtual Machine）是SUN公司模拟的一个”机器”，这个机器像一个真实的机器一样，有自己的指令集，有自己的程序计数器（但是没有寄存器，因为这个机器是软件模拟的，寄存器并不能像真实机器上的寄存器那样提高速度，因此这种设计没必要），有自己的堆区，有自己的栈区，有自己的全局代码区和数据区，这种设计像是在C++中存在的虚拟内存概念。在C++中，开辟出虚拟内存后，程序运行在虚拟内存之上，并且由操作系统负责管理。但是在Java中交给JVM管理。这种设计存在诸多优点，在此不再赘述。

典型的JVM结构如下，我们能够看到JVM分为三个部分，分别是类加载器部分，内存部分和执行引擎部分。程序开发完成之后，只要在装有JRE的机器上都能够运行。如果你曾经对C++的内存模型有比较充分的理解，那么你可以看到，JVM的内存模型和C++的完全一样，其中需要特别说明的是，在Java中，堆属于进程级别，栈属于线程级别。new之后生成的对象，也全部是在堆区生成，这和C++也完全一样，只不过，在C++中，指针的释放需要程序员自己处理，但是在Java中这归垃圾回收期管。



该篇文章简单直接的说明了本节内容，你可类比C++中该部分说明。

垃圾回收

由于在Java中大量的使用引用数据类型，我们说引用类型的本质是指针，因此，为了避免造成悬挂指针而浪费内存，对这些垃圾的回收也是另外一个需要重视的问题，在Java中引用了垃圾回收机制，垃圾回收方法类型与操作系统中的内存碎片整理方法，在文章中进行了简单的讲解，足够理解。关于参数调优的问题，需要在实践中总结。

总结

本文从一个C++程序员的角度，分析了JVM设计的合理性与巧妙性，如果你对本文说的观点有更多的问题，请通过微信等联系方式联系我，我们可以进行更加深入的探讨。今天是特殊的一天，2年前的今天，写了第一篇文章，去年一年，几乎没有写文章，今晚的文章是一个新的起点，我希望能写一些算法的文章，能写一些更加有趣的文章，某个具体的实现技术，不会再写，这种流水账没太多的意义。最后推荐一波我的github。