JAVA虚拟机栈和堆

Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,他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都会创建一个栈帧(Stack Frame)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,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),这种分发比较粗糙,Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”会在下面讲述,而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。
局部变量表存放了编译器可预知的各种基本数据类型(boolean、byte、short、long、int、double、float、long)、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。
其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存控件在编译期间完成分配,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确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常情况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出Stack OverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展无法申请到足够的内存,就会抛出OutofMemoryError异常。
Java堆(Java Heap)对于大多数应用来说,Java堆是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内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目标就是存放实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变的不是那么“绝对”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被成为“GC堆”。从内存回收的角度来看,由于现在收集器基本都采用了分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、From、Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度来看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓存区。不过无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好的回收内存,或者更快的分配内存。
根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms)。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法扩展时,将会抛出OutofMemoryError异常。

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