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我们都知道虚拟机的内存划分了多个区域,并不是一张大饼。那么为什么要划分为多块区域呢,直接搞一块区域,所有用到内存的地方都往这块区域里扔不就行了,岂不痛快。是的,如果不进行区域划分,扔的时候确实痛快,可用的时候再去找怎么办呢,这就引入了第一个问题,分类管理,类似于衣柜,系统磁盘等等,为了方便查找,我们会进行分区分类。另外如果不进行分区,内存用尽了怎么办呢?这里就引入了内存划分的第二个原因,就是为了方便内存的回收。如果不分,回收内存需要全部内存扫描,那就慢死了,内存根据不同的使用功能分成不同的区域,那么内存回收也就可以根据每个区域的特定进行回收,比如像栈内存中的栈帧,随着方法的执行栈帧进栈,方法执行完毕就出栈了,而对于像堆内存的回收就需要使用经典的回收算法来进行回收了,所以看起来分类这么麻烦,其实是大有好处的。 提到虚拟机的内存结构,可能首先想起来的就是堆栈。对象分配到堆上,栈上用来分配对象的引用以及一些基本数据类型相关的值。但是·虚拟机的内存结构远比此要复杂的多。除了我们所认识的(还没有认识完全)的堆栈以外,还有程序计数器,本地方法栈和方法区。我们平时所说的栈内存,一般是指的栈内存中的局部变量表。 从图中可以看到有5大内存区域,按照是否被线程所共享可分为两部分,一部分是线程独占区域,包括Java栈,本地方法栈和程序计数器。还有一部分是被线程所共享的,包括方法区和堆。什么是线程共享和线程独占呢,非常好理解,我们知道每一个Java进行都会有多个线程同时运行,那么线程共享区的这片区域就是被所有线程一起使用的,不管有多少个线程,这片空间始终就这一个。而线程的独占区,是每个线程都有这么一份内存空间,每个线程的这片空间都是独有的,有多少个线程就有多少个这么个空间。上图的区域的大小并不代表实际内存区域的大小,实际运行过程中,内存区域的大小也是可以动态调整的。下面来具体说说每一个区域的主要功能。 程序计数器,我们在写代码的过程中,开发工具一般都会给我们标注行号方便查看和阅读代码。那么在程序在运行过程中也有一个类似的行号方便虚拟机的执行,就是程序计数器,在c语言中,我们知道会有一个goto语句,其实就是跳转到了指定的行,这个行号就是程序计数器。存储的就是程序下一条所执行的指令。这部分区域是线程所独享的区域,我们知道线程是一个顺序执行流,每个线程都有自己的执行顺序,如果所有线程共用一个程序计数器,那么程序执行肯定就会出乱子。为了保证每个线程的执行顺序,所以程序计数器是被单个线程所独显的。程序计数器这块内存区域是唯一一个在jvm规范中没有规定内存溢出的。 java虚拟机栈,java虚拟机栈是程序运行的动态区域,每个方法的执行都伴随着栈帧的入栈和出栈。 栈帧也叫过程活动记录,是编译器用来实现过程/函数调用的一种数据结构。栈帧中包括了局部变量表,操作数栈,方法返回地址以及额外的一些附加信息,在编译过程中,局部变量表的大小已经确定,操作数栈深度也已经确定,因此栈帧在运行的过程中需要分配多大的内存是固定的,不受运行时影响。对于没有逃逸的对象也会在栈上分配内存,对象的大小其实在运行时也是确定的,因此即使出现了栈上内存分配,也不会导致栈帧改变大小。 一个线程中,可能调用链会很长,很多方法都同时处于执行状态。对于执行引擎来讲,活动线程中,只有栈顶的栈帧是最有效的,称为当前栈帧,这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的字节码指令仅对当前栈帧进行操作。Ft5rk58GfiJxcdcCzGeAt8fjkFPkMRdf 局部变量表:我们平时所说的栈内存一般就是指栈内存中的局部变量表。这里主要是存储变量所用。对于基本数据类型直接存储其值,对于引用数据类型则存储其地址。局部变量表的最小存储单位是Slot,每个Slot都能存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress类型的数据。 既然前面提到了数据类型,在此顺便说一下,一个Slot可以存放一个32位以内的数据类型,Java中占用32位以内的数据类型有boolean、byte、char、short、int、float、reference和returnAddress八种类型。前面六种不需要多解释,大家都认识,而后面的reference是对象的引用。虚拟机规范既没有说明它的长度,也没有明确指出这个引用应有怎样的结构,但是一般来说,虚拟机实现至少都应当能从此引用中直接或间接地查找到对象在Java堆中的起始地址索引和方法区中的对象类型数据。而returnAddress是为字节码指令jsr、jsr_w和ret服务的,它指向了一条字节码指令的地址。 对于64位的数据类型,虚拟机会以高位在前的方式为其分配两个连续的Slot空间。Java语言中明确规定的64位的数据类型只有long和double两种(reference类型则可能是32位也可能是64位)。值得一提的是,这里把long和double数据类型读写分割为两次32读写的做法类似。不过,由于局部变量表建立在线程的堆栈上,是线程私有的数据,无论读写两个连续的Slot是否是原子操作,都不会引起数据安全问题。 操作数栈是一个后入先出(Last In First Out, LIFO)栈。同局部变量表一样,操作数栈的最大深度也在编译的时候被写入到字节码文件中,关于字节码文件,后面我会具体的来描述。操作数栈的每一个元素可以是任意的Java数据类型,包括long和double。32位数据类型所占的栈容量为1,64位数据类型所占的栈容量为2。在方法执行的任何时候,操作数栈的深度都不会超过在max_stacks数据项中设定的最大值。 当一个方法刚刚开始执行的时候,这个方法的操作数栈是空的,在方法的执行过程中,会有各种字节码指令向操作数栈中写入和提取内容,也就是入栈出栈操作。例如,在做算术运算的时候是通过操作数栈来进行的,又或者在调用其他方法的时候是通过操作数栈来进行参数传递的。 举个例子,整数加法的字节码指令iadd在运行的时候要求操作数栈中最接近栈顶的两个元素已经存入了两个int型的数值,当执行这个指令时,会将这两个int值和并相加,然后将相加的结果入栈。 操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配,在编译程序代码的时候,编译器要严格保证这一点,在类校验阶段的数据流分析中还要再次验证这一点。再以上面的iadd指令为例,这个指令用于整型数加法,它在执行时,最接近栈顶的两个元素的数据类型必须为int型,不能出现一个long和一个float使用iadd命令相加的情况。 本地方法栈 与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。 方法区经常会被人称之为永久代,但这俩并不是一个概念。首先永久代的概念仅仅在HotSpot虚拟机中存在,不幸的是,在jdk8中,Hotspot去掉了永久代这一说法,使用了Native Memory,也就是Metaspace空间。那么方法区是干嘛的呢?我们可以这么理解,我们要运行Java代码,首先需要编译,然后才能运行。在运行的过程中,我们知道首先需要加载字节码文件。也就是说要把字节码文件加载到内存中。好了,问题就来了,字节码文件放到内存中的什么地方呢,就是方法区中。当然除了编译后的字节码之外,方法区中还会存放常量,静态变量以及及时编译器编译后的代码等数据。 堆,一般来讲堆内存是Java虚拟机中最大的一块内存区域,同方法区一样,是被所有线程所共享的区域。此区域所存在的唯一目的就存放对象的实例(对象实例并不一定全部在堆中创建)。堆内存是垃圾收集器主要光顾的区域,一般来讲根据使用的垃圾收集器的不同,堆中还会划分为一些区域,比如新生代和老年代。新生代还可以再划分为Eden,Survivor等区域。另外为了性能和安全性的角度,在堆中还会为线程划分单独的区域,称之为线程分配缓冲区。更细致的划分是为了让垃圾收集器能够更高效的工作,提高垃圾收集的效率。 如果想要了解更多的关于虚拟机的内容,可以观看录制的<深入理解Java虚拟机>这套视频教程。

zwt9000 2019-12-02 00:21:07 0 浏览量 回答数 0

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一。zval、引用计数、变量分离、写时拷贝我们一步步来理解1、php语言特性PHP是脚本语言,所谓脚本语言,就是说PHP并不是独立运行的,要运行PHP代码需要PHP解析器,用户编写的PHP代码最终都会被PHP解析器解析执行PHP的执行是通过Zend engine(ZE, Zend引擎),ZE是用C编写的用户编写的PHP代码最终都会被翻译成PHP的虚拟机ZE的虚拟指令(OPCODES)来执行也就说最终会被翻译成一条条的指令既然这样,有什么结果和你预想的不一样,查看php源码是最直接最有效的 2、php变量的存储结构在PHP中,所有的变量都是用一个结构zval结构来保存的,在Zend/zend.h中可以看到zval的定义:zval结构包括:① value —— 值,是真正保存数据的关键部分,定义为一个联合体(union)② type —— 用来储存变量的类型 ③ is_ref —— 下面介绍④ refcount —— 下面介绍 声明一个变量$addr="北京";PHP内部都是使用zval来表示变量的,那对于上面的脚本,ZE是如何把addr和内部的zval结构联系起来的呢?变量都是有名字的(本例中变量名为addr)而zval中并没有相应的字段来体现变量名。PHP内部肯定有一个机制,来实现变量名到zval的映射在PHP中,所有的变量都会存储在一个数组中(确切的说是hash table)当你创建一个变量的时候,PHP会为这个变量分配一个zval,填入相应的信息,然后将这个变量的名字和指向这个zval的指针填入一个数组中。当你获取这个变量的时候,PHP会通过查找这个数组,取得对应的zval 注意:数组和对象这类复合类型在生成zval时,会为每个单元生成一个zval3、我们经常说每个变量都有一个内存地址,那这个zval和变量的内存地址,这俩有什么关系吗?定义一个变量会开辟一块内存,这块内存好比一个盒子,盒子里放了zval,zval里保存了变量的相关信息,需要开辟多大的内存,是由zval所占空间大小决定的zval是内存对象,垃圾回收的时候会把zval和内存地址(盒子)分别释放掉 4、引用计数、变量分离、写时拷贝zval中的refcount和is_ref还没有介绍,我们知道PHP是一个长时间运行的服务器端脚本。那么对于它来说,效率和资源占用率是一个很重要的衡量标准,也就是说,PHP必须尽量减少内存占用率。考虑下面这段代码:第一行代码创建了一个字符串变量,申请了一个大小为9字节的内存,保存了字符串“laruence”和一个NULL(0)的结尾第二行定义了一个新的字符串变量,并将变量var的值“复制”给这个新的变量第三行unset了变量var 这样的代码是很常见的,如果PHP对于每一个变量赋值都重新分配内存,copy数据的话,那么上面的这段代码就要申请18个字节的内存空间,为了申请新的内存,还需要cpu执行某些计算,这当然会加重cpu的负载而我们也很容易看出来,上面的代码其实根本没有必要申请两份空间,当第三句执行后,$var被释放了,我们刚才的设想(申请18个字节内存空间)突然变的很滑稽,这次复制显得好多余。如果早知道$var不用了,直接让$var_dup用$var的内存不就行了,还复制干嘛?如果你觉得9个字节没什么,那设想下如果$var是个10M的文件内容,或者20M,是不是我们的计算机资源消耗的有点冤枉呢?呵呵,PHP的开发者也看出来了: 刚才说了,PHP中的变量是用一个存储在symbol_table中的符号名,对应一个zval来实现的,比如对于上面的第一行代码,会在symbol_table中存储一个值“var”,对应的有一个指针指向一个zval结构,变量值“laruence”保存在这个zval中,所以不难想象,对于上面的代码来说,我们完全可以让“var”和“var_dup”对应的指针都指向同一个zval就可以了(额,鸟哥一会说hash table,一会说symbol_table,暂且理解为symbol_table是hash table的子集) PHP也是这样做的,这个时候就需要介绍一下zval结构中的refcount字段了refcount,引用计数,记录了当前的zval被引用的次数(这里的引用并不是真正的 & ,而是有几个变量指向它)比如对于代码:第一行,创建了一个整形变量,变量值是1。 此时保存整形1的这个zval的refcount为1第二行,创建了一个新的整形变量(通过赋值的方式),变量也指向刚才创建的zval,并将这个zval的refcount加1,此时这个zval的refcount为2所以,这个时候(通过值传递的方式赋值给别的变量),并没有产生新的zval,两个变量指向同一zval,通过一个计数器来共用zval及内存地址,以达到节省内存空间的目的当一个变量被第一次创建的时候,它对应的zval结构的refcount的值会被初始化为1,因为只有这一个变量在用它。但是当你把这个变量赋值给别的变量时,refcount属性便会加1变成2,因为现在有两个变量在用这个zval结构了 PHP提供了一个函数可以帮助我们了解这个过程debug_zval_dump输出:long(1) refcount(2)long(1) refcount(3)如果你奇怪 ,var的refcount应该是1啊?我们知道,对于简单变量,PHP是以传值的形式传参数的。也就是说,当执行debug_zval_dump($var)的时候,$var会以传值的方式传递给debug_zval_dump,也就是会导致var的refcount加1,所以只要能看到,当变量赋值给一个变量以后,能导致zval的refcount加1这个结果即可现在我们回头看上面的代码, 当执行了最后一行unset($var)以后,会发生什么呢?unset($var)的时候,它删除符号表里的$var的信息,准备清理它对应的zval及内存空间,这时它发现$var对应的zval结构的refcount值是2,也就是说,还有另外一个变量在一起用着这个zval,所以unset只需把这个zval的refcount减去1就行了上代码:输出:string(8) "laruence" refcount(2) 但是,对于下面的代码呢?很明显在这段代码执行以后,$var_dup的值应该还是“laruence”,那么这又是怎么实现的呢?这就是PHP的copy on write机制(简称COW):PHP在修改一个变量以前,会首先查看这个变量的refcount,如果refcount大于1,PHP就会执行一个分离的过程(在Zend引擎中,分离是破坏一个引用对的过程)对于上面的代码,当执行到第三行的时候,PHP发现$var想要改变,并且它指向的zval的refcount大于1,那么PHP就会复制一个新的zval出来,改变其值,将改变的变量指向新的zval(哪个变量指向新复制的zval其实已经无所谓了),并将原zval的refcount减1,并修改symbol_table里该变量的指针,使得$var和$var_dup分离(Separation)。这个机制就是所谓的copy on write(写时复制,这里的写包括普通变量的修改及数组对象里的增加、删除单元操作)如果了解了is_ref之后,上面说的并不严谨 上代码测试:输出:long(1) refcount(2)string(8) "laruence" refcount(2) 现在我们知道,当使用变量复制的时候 ,PHP内部并不是真正的复制,而是采用指向相同的zval结构来节约开销。那么,对于PHP中的引用,又是如何实现呢?这段代码结束以后,$var也会被间接的修改为1,这个过程称作(change on write:写时改变)那么ZE是怎么知道,这次的复制不需要Separation呢?这个时候就要用到zval中的is_ref字段了:对于上面的代码,当第二行执行以后,$var所代表的zval的refcount变为2,并且设置is_ref为1到第三行的时候,PHP先检查var_ref对应的zval的is_ref字段(is_ref 表示该zval是否被&引用,仅表示真或假,就像开关的开与关一样,zval的初始化情况下为0,即非引用),如果为1,则不分离,直接更改(否则需要执行刚刚提到的zval分离),更改共享的zval实际上也间接更改了$var的值,因为引擎想所有的引用变量都看到这一改变php源码做了这样一个判断,大体逻辑示意如下:如果这个zval中的if_ref为1(即被引用),或者该zval引用计数小于2任何一种方式:都不会进行分离 尽管已经存在写时复制和写时改变,但仍然还存在一些不能通过is_ref和refcount来解决的问题对于如下的代码,又会怎样呢?这里$var、$var_dup、$var_ref三个变量将共用一个zval结构(其实这是不可能的,一个zval不可能既被&,又被指向),有两个属于change-on-write组合($var和$var_ref),有两个属于copy-on-write组合($var和$var_dup),那is_ref和refcount该怎样工作,才能正确的处理好这段复杂的关系呢?答案是不可能!在这种情况下,变量的值必须分离成两份完全独立的存在当执行第二行代码的时候,和前面讲过的一样,$var_dup 和 $var 指向相同的zval, refcount为2当执行第三行的时候,PHP发现要操作的zval的refcount大于1,则PHP会执行Separation(也就是说php将一个zval的is_ref从0设为1 之前,当然此时refcount还没有增加,会看该zval的refcount,如果refcount>1,则会分离), 将$var_dup分离出去,并将$var和$var_ref做change on write关联。也就是,refcount=2, is_ref=1;所以内存会给变量var_dup 分配出一个新的zval,类型与值同 $var和$var_ref指向的zval一样,是新分配出来的,尽管他们拥有同样的值,但是必须通过两个zval来实现。试想一下,如果三者指向同一个zval的话,改边 $var_dup 的值,那么 $var和$var_ref 也会受到影响,这样就乱套了图解:下面的这段代码在内核中同样会产生歧义,所以需要强制复制!也就是说一个zval不会既被引用,又被指向,必须分离 基于这样的分析,我们就可以让debug_zval_dump出refcount为1的结果来:输出:string(8) "laruence" refcount(1) 为什么结果是refcount(1)呢debug_zval_dump()中参数是引用的话,refcount永远为1这两段代码在执行的时候是这样的逻辑:PHP先看变量指向的zval是否被引用,如果是引用,则不再产生新的zval甭管哪个变量引用了它,比如有个变量$a被引用了,$b=&$a,就算自己引用自己$a=&$a,$a所指向的zval都不会被复制,改变其中一个变量的值,另一个值也被改变(写时改变)如果is_ref为0且refcount大于1,改变其中一个变量时,复制新的zval(写时复制) 还有一个知识点需要了解下,就是PHP数组复制的机制复制一个数组,就是把一个数组赋值给一个变量便可。会把数组指针位置一同复制。这里面有两种情况:① 指针位置合法,这时直接复制,无影响② 原数组指针位置非法时(移出界),“新”数组指针会初始化(这里的新为什么要加引号?请看下文),而老的数组指针位置不变,还是false先看例子: 结果:!结果:出现这种情况好像不对?$arr2 难道不是新数组?新数组的数组指针应该重置了啊这里注意了:$arr2 = $arr1 ,在俩变量都没发生写操作时,他们其实引用的是同一个内存地址。在其中一个变量发生写操作后,内存地址会复制一份,发生改变的变量会去引用它,并把数组指针初始化。所以 $arr1 会去引用复制的内存地址,并将指针初始化二。.foreach循环时调用current等函数!结果: 56按照之前说的,foreach先赋值,再移动指针,再执行循环体,第一次结果为2可以理解为什么三次都是2呢?咋就这么2呢?因为current函数是按引用传递的函数 在zval笔记中说了,一个zval不能既被引用,又被指向所以,变量分离,重新拷贝一份数组专门用于current函数 当然,如果数组zval的is_ref为1,则不会拷贝数组了或者:结果:current是引用传参

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