Java运行时内存区域

一、运行时内存区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程,会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域


Java虚拟机运行时数据区

二、程序计数器(Program Counter Register)

程序计数器:记录当前方法的虚拟机字节码的指令地址。你可以把它看成当前线程中的所执行的字节码行号指示器。

在Java虚拟机的概念模型里,字节码解释器是,它工作时,通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。它是程序控制流的指示器,分支,循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都需要依赖这个程序计数器。

在多线程中,每个线程都需要一个独立的程序计数器,各个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。

  • 如果线程执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;
  • 如果执行的是一个本地的native方法,则这个计数器的值为空(Undefined)
内存溢出:

此内存区域是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

三、虚拟机栈(VM Stack)

当一个方法被执行时,虚拟机会同步创建一个栈帧(Stack Frame),用来存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息,每一个方法创建到执行完毕的过程,就对应着栈帧在虚拟机中入栈和出站的过程。这就是虚拟机栈描述的Java方法执行的线程内存模型。

Java虚拟机栈:线程私有,生命周期和线程相同。
通常我们所说的栈,就是虚拟机栈,或者更多时候是指虚拟机栈中的局部变量表部分

局部变量表存放:基本数据类型(byte,short,int,long,float,double,char,boolean),引用类型,returnAddress类型(指向一条字节码指令的地址)

内存溢出:
  1. 如果线程请求的栈深读大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError
  2. 如果虚拟机栈容量可以动态扩展, 当扩展时无法申请到足够内存会抛出OutOfMemoryError异常(HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的)

四、本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈与虚拟机栈相似,唯一的区别就是:

  • 虚拟机栈:为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务
  • 本地方法栈:为虚拟机使用到本地(Native)方法服务

五、Java堆

Java堆:唯一目的就是存放对象实例,Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存(几乎是指的现在,不代表将来会出现值类型的支持)

如果从内存分配的角度来看,所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB),以提升对象分配时的效率。

但是无论从什么角度,无论如何划分,都不会改变Java堆中存储内容的共性,无论哪个区域,存储的都只能时对象实例,将Java堆细分,仅仅是为了更好的内存回收,或者更快的分配内存。

内存溢出:
  • 堆也无法再扩展时,Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。
  • 扩展堆内存:通过参数-Xmx和-Xms设定

六、方法区

方法区(Method Area):与Java堆一样,是各个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缓存等数据。
栈:存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。

  • 虽然在《Java虚拟机规范》把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是方法区还有个别名“非堆”(Non-Heap),目的是与Java堆区分开。
  • 在JDK8以前,许多人习惯把方法区称之为永久代(Permanent Generation),或者两者混为一谈。本质上两者并不是等价的,因为仅仅在当时HotSpot虚拟机设计团队,选择把收集器的分代设计扩展至方法区,或者说是永久代来实现方法区而已,这样使得HostSpot垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存,省去专门为方法区编写内存管理代码工作。
  • JDK 7的HotSpot,已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出,而到了 JDK 8,终于完全废弃了永久代的概念,在本地内存中实现的元空间(Metaspace)来代替

方法区内存回收目标:主要是针对常量池的回收和对类型的卸载,一般来说回收效果难以令人满意,卸载效果更是苛刻。

内存溢出:

方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

七、运行时常量池

  • 运行时常量池(Runtime Constant Pool)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表(Constant Pool Table)
  • 常量池表:用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区运行常量池中去。
  • 对于运行时常量池,《Java虚拟机规范》没有做任何细节的要求
  • 除了保存Class文件描述的符号引用外,还会把由符号引用翻译出来的直接引用也存储到运行时常量池中。
  • 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语言并不要求常量一定编译期才能产生
内存溢出:

运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存 时会抛出OutOfMemoryError异常。

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