JVM 之:Java 内存区域与内存溢出

  • 内存区域
    Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把他所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。Java 虚拟机规范将 JVM 所管理的内存分为以下几个运行时数据区:程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈、Java 堆、方法区。
    下图所示各数据区。

  • Java 虚拟机是基于栈的,而 Android 虚拟机是基于寄存器的。
    基于栈的指令集最主要的优点是可移植性强,主要的缺点是执行速度相对会慢些;
    而由于寄存器由硬件直接提供,所以基于寄存器指令集最主要的优点是执行速度快,主要的缺点是可移植性差。

  • 栈帧中方法返回地址
    当一个方法被执行后,有两种方式退出该方法:执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常,并且该异常没有在方法体内得到处理。
    无论采用何种退出方式,在方法退出之后,都需要返回到方法被调用的位置,程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息,用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。
    一般来说,方法正常退出时,调用者的 PC 计数器的值就可以作为返回地址,栈帧中很可能保存了这个计数器值,而方法异常退出时,返回地址是要通过异常处理器来确定的,栈帧中一般不会保存这部分信息。
    方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出站,因此退出时可能执行的操作有:恢复上层方法的局部变量表和操作数栈,如果有返回值,则把它压入调用者栈帧的操作数栈中,调整 PC 计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

  • Java 堆
    Java Heap 是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,它是所有线程共享的一块内存区域。几乎所有的对象实例和数组都在这类分配内存。Java Heap 是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称为“GC堆”。
    根据 Java 虚拟机规范的规定,Java 堆可以处在物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有内存可分配时,并且堆也无法扩展时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

  • 内存溢出
    下面给出个内存区域内存溢出的简单测试方法。

  • 内存泄露和内存溢出的区别:
    内存泄露是指分配出去的内存没有被回收回来,由于失去了对该内存区域的控制,因而造成了资源的浪费。Java 中一般不会产生内存泄露,因为有垃圾回收器自动回收垃圾,但这也不绝对,当我们 new 了对象,并保存了其引用,但是后面一直没用它,而垃圾回收器又不会去回收它,这边会造成内存泄露,
    内存溢出是指程序所需要的内存超出了系统所能分配的内存(包括动态扩展)的上限。

  • 对象实例化分析
    对内存分配情况分析最常见的示例便是对象实例化:

Object obj = new Object();

这段代码的执行会涉及 Java 栈、Java 堆、方法区三个最重要的内存区域。
假设该语句出现在方法体中,obj 会作为引用类型(reference)的数据保存在 Java 栈的本地变量表中,而会在 Java 堆中保存该引用的实例化对象。
Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据的地址信息(如对象类型、父类、实现的接口、方法等),这些类型数据则保存在方法区中。
另外,由于 reference 类型在 Java 虚拟机规范里面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哪种方式去定位,以及访问到 Java 堆中的对象的具体位置,因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同,主流的访问方式有两种:使用句柄池和直接使用指针。
通过句柄池访问的方式如下:

通过直接指针访问的方式如下:

这两种对象的访问方式各有优势,使用句柄访问方式的最大好处就是 reference 中存放的是稳定的句柄地址,在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针,而 reference 本身不需要修改。
使用直接指针访问方式的最大好处是速度快,它节省了一次指针定位的时间开销。目前 Java 默认使用的 HotSpot 虚拟机采用的便是是第二种方式进行对象访问的。

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