Java内存区域

文章目录

    • 1 Java 内存区域(运行时数据区域)
      • 1.1 JDK8 及之后JVM 内存区域
      • 1.2 JDK8 之前JVM 内存区域
    • 2 概述
      • 2.1 方法区(Method Ara)
      • 2.2 JVM 堆(Java Heap)
      • 2.3 虚拟机栈(VM Stack)
        • 2.3.1 局部变量表
        • 2.3.2 操作数栈
        • 2.3.3 动态链接
        • 2.3.4 方法返回地址
      • 2.4 本地方法栈(Native Method Stack)
      • 2.5 程序计数器(Program Counter Register)
      • 2.6 直接内存
    • 3 参考

1 Java 内存区域(运行时数据区域)

JVM 在执行 Java 程序过程中,把它所管理内存区域划分若干不同的数据区域,这些区域都有各自的用途以及创建和销毁的时间,JVM 内存区域在不同版本的 JDK 有所不同。

1.1 JDK8 及之后JVM 内存区域

Java内存区域_第1张图片

1.2 JDK8 之前JVM 内存区域

Java内存区域_第2张图片

2 概述

2.1 方法区(Method Ara)

方法区是线程共享的数据区域,又称为 Non-Heap(非堆),存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。

在 HotSpot 上这个区域又称做“永久代”。所谓“永久代”只是方法区一种实现方式,有些虚拟机并没有这个概念。
根据 Java 虚拟机规范,当方法区无法满足内存分配需求时候,抛出 OutOfMemoryError 异常。

值得关注的是,方法区中有一部分是运行时常量池,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用,这些内容将在类加载后存放到运行时常量池中。

JDK8 之前,Hotspot 方法区实现是永久代,JDK8 开始使用元空间,以前永久代所有内容的字符串常量池移至堆内存,其他内容移至元空间,元空间直接在本地内存分配。

注:为什么要用元空间替换永久代?
1.永久代是 JVM 本身设置固定大小上线上限,无法调整,元空间使用直接内存,只受到本机可用内存限制。
2.字符串存在永久代中,容易出现性能问题和内存溢出。
3.类及方法的信息等比较难确定其大小,因此对于永久代的大小指定比较困难。
4.永久代会为 GC 带来不必要的复杂度,并且回收效率偏低。
5.在 JDK8 中,HotSpot 和 JRockit 的代码合并,JRockit 并没有永久代。

2.2 JVM 堆(Java Heap)

JVM 堆是线程共享数据区域,也是 JVM 管理内存最大一块区域,在虚拟机启动时创建,作用就是存放对象实例

几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存,是垃圾收集器管理的主要区域,也被称为 GC 堆,如果对中没有内存完成实例分配,会出现 OutOfMemoryError 异常。

由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以 Java 堆还可以细分为:新生代、老年代、永久代(JDK8 永久代没有了,取代是元空间);再细致一点可以分为:Eden 空间、From Survivor、To Survivor 空间。

2.3 虚拟机栈(VM Stack)

虚拟机栈是线程私有的数据区域,描述 Java 方法执行的内存模型,生命周期和线程相同。

Java 虚拟机栈由一个一个栈帧组成,栈帧由局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址。

每个方法从调用直结束就对于一个栈桢在虚拟机栈中就是对应入栈和出栈过程。

虚拟机栈规定了两种异常状况:

  • StackOverflowError :线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度
  • OutOfMemoryError :虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的 Java 虚拟机都可动态扩展),如果扩展时无法申请到足够的内存。
    Java内存区域_第3张图片
    Java内存区域_第4张图片

2.3.1 局部变量表

主要存放了编译器可知的各种数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型,它不同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)。

2.3.2 操作数栈

操作栈是个初始状态为空的桶式结构栈。在方法执行过程中,会有各种指令往栈中写入和提取信息。JVM 的执行引擎是基于栈的执行引擎, 其中的栈指的就是操作栈。字节码指令集的定义都是基于栈类型的,栈的深度在方法元信息的 stack 属性中。

2.3.3 动态链接

每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用, 目的是支持方法调用过程的动态连接。

2.3.4 方法返回地址

方法执行是有两种退出方式:

  • 正常退出,如 return;
  • 异常退出,抛出异常;

2.4 本地方法栈(Native Method Stack)

线程私有的数据区域,这部分主要与虚拟机用到的 Native 方法相关,一般情况下,我们不需要关心此区域。

2.5 程序计数器(Program Counter Register)

当前线程所执行的字节码行号指示器。

  • 线程私有
  • 如果正在执行的本地方法,计数器的值为空
  • JVM 规范中唯一没有规定 OutOfMemoryError 情况的区域

2.6 直接内存

在 JDK 1.4 中新引入了 NIO 类,它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存,然后通过 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在堆内存和堆外内存来回拷贝数据。

3 参考

  • Java内存区域(运行时数据区域)和内存模型(JMM)
  • 全面理解Java内存模型(JMM)及volatile关键字
  • 深入理解Java虚拟机(第二版)

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