Java内存区域概述(1)

目录

运行时数据区域

1、程序计数器(Program Counter Register),PC寄存器。

2、Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)

3、本地方法栈(Native Method Stack)

4、Java堆(Java Heap)

5、方法区(Method Area)

6、运行时常量池(Runtime Constant Pool)

7、直接内存(Direct Memory)

 

 


Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。各个区域都有各自的用途、创建和销毁的时间有的区域随着进程的启动而启动,有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

运行时数据区域

  • 程序计数器
  • Java虚拟机栈
  • 本地方法栈
  • Java堆
  • 方法区
  • 运行时常量池

1、程序计数器(Program Counter Register),PC寄存器。

     可以看作为当前线程(每个线程都有自己独立的计数器)所执行字节码的行号指示器。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、异常处理、线程恢复等基础功能都需要这个计数器来完成。

       多线程中,线程切换后恢复到正确的处理位置靠的就是各个线程都有自己独立的程序计数器。如果执行的是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。如果是native方法,计数器为空。

该区域在Java虚拟机规范中唯一一个没有规定OOM情况的区域。

2、Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)

       线程私有,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从入栈到出栈的过程。

       局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(八大基本数据)、对象引用(reference类型,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,也可能是一个代表对象的句柄或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)。

       Java虚拟机规范中规定了两种异常情况:线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度,抛出StackOverflowError异常。如果虚拟机栈允许动态扩展,在扩展是申请不到足够的内存将抛出OOM异常。

3、本地方法栈(Native Method Stack)

         本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似。本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。当本地方法栈请求的栈深度大于虚拟机允许的深度或者申请不到足够的内存将分别抛出StackOverflowError和OOM异常。

4、Java堆(Java Heap)

         Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,虚拟机启动时创建,几乎所有的对象实例以及数组都在此区域分配内存。

         Java堆是垃圾管理器管理的主要区域(GC堆)。从内存回收角度来看:现在收集器一般都采用分代收集算法,所以Java堆还可以分为Eden空间,Form Survivor空间、To Survivor空间等(可以通过Jconsole进行内存监控,查看内存使用情况)。

从内存分配角度来看:线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。无论如何划分,存放都是对象实例。

         根据Java虚拟机规范,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间,只要逻辑上连续即可,就像磁盘空间一样。可以设置堆内存大小,通过-Xmx -Xms来设置(一般设置-Xms,-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小)。如果在堆中没有内存完成实例分配并且堆也无法再扩充大小时,会抛出OOM异常。

5、方法区(Method Area)

        与堆一样,是各个线程共享的内存区域,被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。1.7及之前该区域一般被称为永久代(理解为方法区的一种实现),1.7将原本存放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出。到1.8,完全废弃了永久代的概念,在本地内存中实现了元空间(Meta-Space)来代替,并将剩余的内容(虚拟机加载的类型信息等)全部移到元空间中。该区域的内存回收主要针对常量池的回收及类型的卸载,效果不是很好。

 Java虚拟机规范中规定,当方法区无法满足内存的分配需求时,将抛出OOM异常。

6、运行时常量池(Runtime Constant Pool)

         属于方法区的一部分。

        Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项是常量池(Constant Pool Table)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存放。一般来说,还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

        运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征就是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只在编译期产生,运行期间也可能将新的常量放入池中,比如说String的intern()方法。

        运行时常量池是方法区的一部分,所以当常量池无法再申请到内存时,会抛出OOME异常。

7、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Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这一部分内存也被频繁的使用,并且也有可能会导致OOME异常。

       NIO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。在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据(零拷贝了解下~~)。

     如果各个内存区域总和大于物理机内存限制,会导致动态扩展时出现OOME异常。

       

 

 

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