Java的内存区域(堆、栈)

一提到Java的内存区域大家第一时间想到的可能就是堆和栈,堆用来存放对象,栈用来存储方法执行时的局部变量等。但是Java的内存并不只是分为这两块。比如说,类加载之后的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据,是存放在一个叫方法区的地方。

运行时数据区域

一个进程对应一个Java虚拟机,Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。根据《Java虚拟机规范(Java SE 7版)》的规定,Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。

  1. 程序计数器(线程私有)
  2. Java虚拟机栈(线程私有)
  3. 本地方法栈(线程私有)
  4. 方法区(线程共享)
  5. 堆(线程共享)

程序计数器,Java虚拟机栈,本地方法栈是线程私有的,线程私有的意思就是虚拟机会为每个线程分配一块内存区域供线程使用。而线程共享就是所有的线程都是用着同一块内存区域。为什么这么分看下面每个区域的介绍就很容易理解了。


程序计数器

程序技术器是一块较小的内存看空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
  Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说就是其中一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序技术器,各条线程之间计数器互不影响。所有我们称之为线程私有的内存。
  另外一点,程序计数器内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域。

Java虚拟机栈

此内存区域也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应者一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
  其中局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用类型。局部变量表所需的内存空间在编译器间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完成确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
  当线程请求的栈深度(线程中连续调用的方法过多)大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,在扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常(内存溢出)

本地方法栈

本法方法栈和虚拟机栈发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在这里就不作过多介绍,有兴趣的可以自行查询相关知识。
  和虚拟机栈一样也可能会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常

Java堆

对于大多数应用来说,Java堆应该Java虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java堆是被所有线程共享的一块区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的目的就是存放对象的实例。本来所有的对象实例以及数组都在堆上分配的,但是随之技术发展 ,渐渐地并不是所有的对象都是分配在堆上了。
  Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,所以很多时候也称为GC堆。所以从内存回收的角度来看,由于现在的垃圾收集器基本都采用分代收集算法(就是一种根据对象实例的“年龄”去决定是否回收和何时回收的内存回收算法),所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代
  如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OOM。

方法区

方法区和Java堆一样,也是线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
  在这里,JDK1.7的HotSpot中,已经把放在方法区的字符串常量池移出了。至于为什么,这跟永久代有些关联,在这里先暂时不展开,以后可能会专门写一篇博客简单讲解。
  根据Java虚拟机规范,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OOM。

运行时常量池

运行时常量池时方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。(注意,这里的Class文件中常量池和方法区运行时常量池不是一回事
  运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量移动只有编译器才能产生,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用的比较多的便是String类的intern()方法。
  既然是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当运行时常量池无法再申请到内存时会抛出OOM(在JDK 1.6及以前,方法区可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPremSize限制大小,从而限制运行时常量池大小,当无法申请到内存时,运行时常量池发生OOM,在异常信息可以看到,这个常量池是在方法区内的。但是在JDK 1.7之后,常量池是在堆里面的,内存大小没有受限制,没那么容易发生OOM)

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