运行时数据区域
根据 <<Java虚拟机规范(JavaSE7版)>>的规定, JVM所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域.
程序计数器 (Program Counter Register)
程序计数器是一块较小的内存空间, 它可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指器.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 异常理 线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成.
由于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是一个内核)都只会执行一条线程中的指令. 因此, 为了线程切换后恢复到正确的行位置, 每条线程都需要有一个独立的程序计数器, 各线程之间的计数器互不影响, 独立存储, 我们称这类内存区域为"线程私有"的内存.
如果线程正在执行的是一个Java方法, 这个计数器记录的是正在执行虚拟机字节码指令的地址, 如果正在执行是Native方法, 这个计数器值则为空(Undefined). 此内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域.
Java虚拟机栈 (Java Virtual Machine Stacks)
Java虚拟机栈是线程私有, 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, 就对应一个帧栈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可知的各种基本数据类型(boolean byte char short int float long double), 对象引用(reference), 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一个. 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是完全确定的, 在方法运行期间不会改变局部变量表的大小.
Java虚拟机栈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. :w
本地方法栈 (Native Method Stack)
本地方法栈与Java虚拟机栈所发挥的作用非常相似, 只不过本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务; 在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言, 使用方法和数据结构并没有强制规定, 具体的虚拟机可以自由实现, 甚至有的虚拟机(比如 Sun HotSpot)直接就把Java虚拟机栈和本地方法栈合二为一, 本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常;:w
Java堆 (Java Heap)
Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块, 是被所有线程共享的内存区域, 此内存区域的唯一目的就是存放实例对象, 几乎所有的对象实例都在这里分配内存, JVM规范描述: 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配, 但随着技术发展, 所有对象实例在堆上分配也渐渐变得不是那么绝对了.
Java堆是GC管理的主要区域, 常常被称为GC堆, Java堆可以细分为: 新生代和老年代, 新生代可以细分为: Eden空间, From Survivor空间, To Survivor空间等. 从内存分配的角度来看, 线程共享的堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB), 但是无论怎样划分, 都与存放内容无关, 无论哪个区域, 存储的仍然是对象实例, 划分的目的只是为了更好的回收内存, 或者更好的分配内存. 堆会抛出OutOfMemoryError异常.
方法区 (Method Area)
方法区是各个线程共享的内存区域, 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. JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分, 但方法区有一个别名叫做非堆(No-Heap), 目的应该是与Java堆区分开来. 虚拟机规范描述, 方法区可以选择不实现垃圾收集, 相对而言, 垃圾回收在这个区域很少出现. 这个区域内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载. 当方法区无法满足内存分配需求时, 将抛出OutOfMeoryError异常.
运行时常量池 (Runtime Constant Pool)
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. 当常量池无法申请到内存时, 也会抛出OutOfMemoryError异常.
直接内存 (Direct Memory)
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分, 也不是规范中定义的内存区域. 在JDK1.4新加入了NIO(New Input/Output)类, 引入一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式, 它可以使用Native函数库直接分配堆外内存, 然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作. 这样在一些场景中显著提高性能, 因此避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据. 这部分被频繁使用, 也可能导致OutOfMemoryError异常出现.
