Compréhension approfondie de la structure de la mémoire JVM et des scénarios d'application

Explorez la structure de la mémoire JVM et les scénarios d'application

Dans le domaine du développement de logiciels modernes, Java est devenu l'un des langages de programmation les plus populaires. Ses fonctionnalités multiplateformes et ses excellentes performances font de Java le premier choix de nombreuses entreprises et développeurs. En tant que l'un des composants centraux de Java, la machine virtuelle Java (JVM) joue un rôle crucial dans la réalisation de l'exécution des programmes Java. Afin de mieux comprendre la structure de la mémoire JVM et les scénarios d'application, cet article présentera la structure de la mémoire JVM en détail et l'illustrera à travers des exemples de code spécifiques.

La structure de la mémoire JVM est composée de différentes zones, chaque zone ayant son propre rôle et ses propres caractéristiques. Ces zones sont présentées ci-dessous :

1. Registre du compteur de programme : Le compteur de programme est un petit espace mémoire. Sa fonction est d'enregistrer l'adresse de l'instruction de bytecode exécutée par le thread actuel. Dans un environnement multithread, chaque thread dispose d'un compteur de programme indépendant pour garantir que l'exécution peut reprendre correctement après le changement de thread.
2. Pile de machine virtuelle Java : la pile de machine virtuelle Java crée un cadre de pile (Stack Frame) pour chaque thread, qui est utilisé pour enregistrer les variables locales, les paramètres de méthode, les piles d'opérandes, les informations de lien dynamique, etc. La taille du frame de pile est fixe et peut être déterminée au moment de la compilation.
3. Pile de méthodes natives : la pile de méthodes locales a une fonction similaire à la pile de machines virtuelles Java. La différence est que la pile de méthodes locales sert à exécuter des méthodes natives, et non des méthodes Java.
4. Heap : Le tas est le plus grand espace mémoire géré par la machine virtuelle Java et est utilisé pour stocker les instances d'objets. La taille du tas est configurable via les paramètres de démarrage et peut être ajustée dynamiquement au moment de l'exécution. La plupart des garbage collector effectuent le garbage collection sur le tas.
5. Zone Méthode : La zone méthode est utilisée pour stocker les informations structurelles de la classe, y compris les champs, les méthodes, les constructeurs, etc. La zone de méthode est également appelée zone de génération permanente (PermGen) ou zone de métadonnées. Dans les JVM précédentes, les pools de constantes, etc. étaient souvent placés dans la zone de méthode.
6. Pool de constantes d'exécution : le pool de constantes d'exécution fait partie de la zone des méthodes. Il stocke les informations sur le pool de constantes de chaque classe, y compris les constantes de chaîne, les noms de classe et d'interface, les références symboliques aux champs et aux méthodes, etc.
7. Mémoire directe : la mémoire directe ne fait pas partie de la spécification JVM. Il s'agit d'un modèle de mémoire NIO introduit dans JDK1.4, qui utilise la mémoire hors tas dans le système d'exploitation pour réduire la surcharge de mémoire JVM.

Afin de mieux comprendre la structure de la mémoire JVM, un exemple de code simple sera expliqué ci-dessous.

public class JVMExample {
   public static void main(String[] args) {
       int a = 1;
       int b = 2;
       int sum = add(a, b);
       System.out.println(sum);
   }
  
   public static int add(int num1, int num2) {
       return num1 + num2;
   }
}

Dans le code ci-dessus, nous définissons d'abord une classe JVMExample, puis définissons trois variables entières a dans la méthode main, b et somme. Ensuite, nous avons appelé la méthode add et avons affiché le résultat sur la console. JVMExample类，然后在main方法中定义了三个整型变量a、b和sum。接下来我们调用了add方法，并将结果输出到控制台。

当我们运行这段代码时，JVM会根据上述的内存结构为程序分配内存空间。具体的分配方式如下：

1. 程序计数器会记录当前执行到的指令地址，确保线程切换后能正确恢复执行。
2. Java虚拟机栈会创建一个栈帧用于保存main方法中的局部变量。在调用add方法时，会创建另一个栈帧用于保存add方法中的局部变量。
3. 堆会用于存储对象实例，但是在这个例子中我们并没有使用到。
4. 方法区用于存储类的结构信息，在这个例子中主要用于存储JVMExample类的字节码信息。
5. 运行时常量池用于存储JVMExample
Lorsque nous exécutons ce code, la JVM allouera de l'espace mémoire au programme en fonction de la structure de mémoire ci-dessus. La méthode d'allocation spécifique est la suivante :

Le tas sera utilisé pour stocker les instances d'objets, mais nous ne l'utilisons pas dans cet exemple.

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