运行时数据区域
- 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.
- 这些区域各有各的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有些区域依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁,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.
[图片上传失败...(image-dd486-1580566090378)]
1. 程序计数器
- 程序计数器,是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器
- 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程序计数器
- 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,一个处理器都只会执行一条线程中的指令,所以为了线程切换后能够恢复到正确的位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各个线程之间的程序计数器互不影响,独立存储,我们成这类内存区域为"线程私有"的内存.
2. 虚拟机栈
- 与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同,
- Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每一个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表,操作数栈,动态连接,方法出口等值,每一个方法从调用直至执行完成的过程,都对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程
- 局部变量表存放了编译期间可知的各种基本数据类型,对象引用类型和returnAddress类型.
- 局部变量表所需的内存空间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时完全确定的,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状况,如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常.
3. 本地方法栈
- 本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用相似,他们之间的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,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务.
- 具体的虚拟机可以自由实现它,甚至有的虚拟机(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异常和OutOfMemoryError异常.
4. Java堆
- 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的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存.
- 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,所有对象都分配在堆上也渐渐的不是那么绝对了.
- Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,也别称作为"GC堆".
- 从内存回收的角度看,由于现在手机器基本都采用分带收集算法,所以Java堆中还可以细分:新生代和老年代,
- 从内存分配的角度看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区.但是不论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都是对象实例.
- 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.
- 如果在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OutOfMemoryError异常.
5. 方法区
- 方法区和Java堆一样,都是各个线程共享的内存区域,它用于存储已经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.
- Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集.
- 根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常.
6. 运行常量池
- 运行时常量池是方法区的一部分,Class文件中除了有类的版本,字段,方法,接口等描述信息,还有一项信息是常量池,用于存放编译期间生成个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.
HotSpot虚拟机对象
1. 对象的创建
- new 类名 ->
根据new的参数在常量池中定位以恶搞类的符号引用 ->
如果没有找到这个符号引用,说明类还没有被加载,执行类的加载,解析和初始化 ->
虚拟机为对象分配内存(位于堆中) ->
将分配的内存初始化为零值 ->
调用对象的构造方法 - 为对象分配内存空间任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来
- 如果堆内存是绝对规整的,所有用过的内存都存在一遍,空闲的都存放在另一边,中间放着指针作为分界点的指示器,那所分配内存就是仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为"指针碰撞".
- 如果堆内存不是规整的,已经使用的内存和空闲的内存相互交错,那就没有办法简单地进行指针碰撞了,虚拟机就必须维护一个列表,记录上哪些内存是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式称为"空闲列表"
- 内存分配过程中的线程安全措施:一是堆分配内存空间的动作进行同步处理-实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性;另外一种是把内存分配动作按照线程划分在不同的空间之中进行.即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(TLAB),哪个线程要分配内存,就在哪个线程的TLAB上分配,只有TLAB用完并分配新的TLAB是,才需要同步锁定.
2. 对象的内存布局
在虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域,对象头,实例数据和对齐填充.
- 对象头包括两部分的信息,第一部分用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码,GC分代年龄,锁状态标志,线程持有的锁等等;对象头的另外一部分时类型指针,即对象指向它的类数据的指针,虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例.
- 实例数据是对象真正存储的有效信息,也是在程序代码中锁定义的各种类型的字段内容,无论是从父类继承下来的,还是在子类中定义的,都需要记录起来.
- 对其填充仅仅起着占位符的作用.
3. 对象的访问定位
建立对象是为了使用对象,我们的Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象,reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位,访问堆中的对象的具体位置,所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的.
目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种
如果使用句柄范文的话,那么Java堆中将划分出一块内存来作为句柄池,reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体的地址信息.使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要修改.
如果使用直接指针访问,那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息,而reference中存储的直接就是对象地址.使用直接指针访问方式的最大好处就是速度块,它节省了一次指针定位的时间开销.
