03 - 執行時資料區概述及執行緒

1 - 概述

記憶體是非常重要的系統資源，是硬碟和 CPU 的中間倉庫及橋樑，承載著作業系統和應用程式的實時執行。 JVM 記憶體佈局規定了 Java 在執行過程中記憶體申請、分配、管理的策略，保證了 JVM 的高效穩定執行。不同的 JVM 對於記憶體的劃分方式和管理機制存在著部分差異。結合 JVM 虛擬機器規範，來探討一下經典的 JVM 記憶體佈局。

Java 虛擬機器定義了若千種程式執行期間會使用到的執行時資料區，其中有一些會隨著虛擬機器啟動而建立，隨著虛擬機器退出而銷燬。另外一些則是與執行緒一一對應的，這些與執行緒對應的資料區域會墮著執行緒開始和結束而建立和銷燬。

灰色的為單獨執行緒私有的，紅色的為多個執行緒共享的。即

• 每個執行緒：獨立包括程式計數器、棧、本地。
• 執行緒間共享：堆、堆外記憶體（永久代或元空間、程式碼快取）

關於執行緒間共享的說明：

每個 JVM 只有一個 java.lang.Runtime 例項，即為執行時環境。

2 - 執行緒

• 執行緒是一個程式裡的執行單元。 JVM 允許一個應用有多個執行緒並行的執行。
• 在 Hotspot JVM 裡，每個執行緒都與作業系統的本地執行緒直接對映。
  • 當一個 Java 執行緒準備好執行以後，此時一個作業系統的本地執行緒也同時建立。 Java 執行緒執行終止後，本地執行緒也會回收。
• 作業系統負責所有執行緒的安排排程到任何一個可用的 CPU 上。一旦本地執行緒初始化成功，它就會呼叫 Java 執行緒中的 java.lang.Thread#run
  方法。
• Java 中執行緒分為守護執行緒和使用者執行緒兩類

JVM 系統執行緒

• 如果你使用 jconsole 或者是任何一個除錯工具，都能看到在後臺有許多執行緒在執行。這些後臺執行緒不包括呼叫 public static void main(String []) 的 main 執行緒以及所有這個 main 執行緒自己建立的執行緒。
• 這些主要的後臺系統執行緒在 Hotspot JVM 裡主要是以下幾個
  • 虛擬機器執行緒：這種執行緒的操作是需要 JVM 達到安全點オ會出現。這些操作必須在不同的執行緒中發生的原因是他們都需要 JVM 達到安全點，這樣堆才不會變化。這種執行緒的執行型別包括 "stop-the-world" 的垃圾收集，執行緒棧收集，執行緒掛起以及偏向鎖撒銷。
  • 週期任務執行緒：這種執行緒是時間週期事件的體現（比如中斷），他們一般用於週期性操作的排程執行。
  • GC 執行緒：這種執行緒對在 JVM 裡不同種類的垃圾收集行為提供了支援。
  • 編譯執行緒：這種執行緒在執行時會將位元組碼編譯成到原生代碼。
  • 訊號排程執行緒：這種執行緒接收訊號併發送給 JVM ，在它內部通過呼叫適當的方法進行處理。