JAVA的内存结构

目录

一、JAVA内存结构和JAVA内存模型JMM的区别

二、JAVA运行时数据区

方法区

Java虚拟机栈

本地方法栈  

JAVA堆

程序计数器

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一、JAVA内存结构和JAVA内存模型JMM的区别

        面试过很多人，这两个概念都分不清楚。JAVA内存结构一般是指JVM运行代码时会将自己管理的内存分成几个运行时数据区，这些运行时数据区包括方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆和程序计数器。而Java内存模型只是一种规范，抽象的概念，不是具体存在的。java内存模型规定以下几点：

• 1、所有的变量存储在主内存中。
• 2、每一个线程都有自己的工作内存，且对变量的操作都是在自己的工作内存中进行的。
• 3、不同的线程之间无法直接访问彼此工作内存中的变量，要想访问只能通过主存来传递（线程通信）。
  •         JAVA内存模型JMM规定将所有的变量（不包括局部变量）都存放在公共内存中，当线程使用变量时会把主存的变量复制到自己的工作空间（私有内存），线程对变量的读写操作，都是在自己的工作空间内完成的。操作完成之后，再把自己私有内存的变量刷新到主内存中。

  • 二、JAVA运行时数据区

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         JAVA运行时数据区包含方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器，也有叫PC寄存器的下面详细的介绍每个部分。

方法区

        方法区是一块各个线程共享的区域，主要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。根据《Java虚拟机规范》，方法区逻辑上属于堆的一部分，为了和堆区分又叫做非堆（Non-Heap）。

        方法区只是JVM的一个规范，所有虚拟机必须要遵守。但是并没有严格要求如何实现。而在JDK7之前，Hotspot实现的方式是永久代，而在jdk7的时候，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移到堆中，而到了JDK8完全废弃了永久代的概念，而改为使用与JRockit、J9一样使用元空间来实现方法区。而元空间使用的是本地内存实现的，也就是说它不再受限于Jvm分配内存（jdk7之前使用-XX：MaxPermSize=16m 设置永久代的大小）大小的限制，理论上物理机还有内存就可以分配，这样从一定程度上避免了OutOfMemoryError(OMM）异常。

Java虚拟机栈

        Java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈可以理解成我们平时的一个Java方法，每个方法被执行的时候，JAVA虚拟机都会创建一个栈帧用来存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口（方法返回）等信息。

1、局部变量表

        局部变量表存放了编译期可知的Java虚拟机的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference）和returnAddress类型。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，这个方法需要在栈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标的大小（这里的大小是指变量槽的数量，而一个变量槽的大小是由虚拟机自行决定的，比如一个槽占用32bit或者64bit或者更多）。

2、操作数栈

        后进先出LIFO，最大深度由编译期确定。栈帧刚建立使，操作数栈为空，执行方法操作时，操作数栈用于存放JVM从局部变量表复制的常量或者变量，提供提取，及结果入栈，也用于存放调用方法需要的参数及接受方法返回的结果。操作数栈可以存放一个jvm中定义的任意数据类型的值。在任意时刻，操作数栈都一个固定的栈深度，基本类型除了64位长度的long、double占用两个深度，其它占用一个深度。

3、动态连接

        每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。Class文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如final、static域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。

4、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（lreturn、freturn、dreturn以及areturn）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栈，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。

本地方法栈  

        本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是基本一致的，区别在于虚拟机栈执行的是虚拟机中的JAVA方法，而本地方法栈执行的是Native方法。

JAVA堆

        JAVA堆是虚拟机所管理内存的最大一块区域，是线程共享的一块区域。而几乎所有的对象实例都是在堆中分配内存。而且堆也是垃圾回收主要回收的区域，堆又被分成“新生代”、“老年代”、“永久代”、“Eden区”、“From Survivor”和“To survivor”。

        默认情况下JVM默认的最大内存-Xmx为物理机内存的1/4，比如我的计算机是24G的那么最大内存大概就是6G，而初始化内存是物理机内存的1/64，也就是384M。你可能说你不信，那么看代码。

public class Test {

    public static void main(String[] args){
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() ;//Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() ;//Java 虚拟机中的内存总量,初始化内存。
        System.out.println("最大内存Xmx为：" + maxMemory + "（字节）、" + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB"); //6120MB
        System.out.println("初始化内存Xms为： "+ totalMemory + "（字节）、" + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB"); //384MB
        while (true){

        }
    }
}

输出的最大内存为6120MB大概就是6G，而刚运行的内存为384MB，也可以理解为初始化内存Xms。

还可以通过JAVA VisulVM可以看到 402,653,216B大概也是384MB。

         JVM中堆的空间是可以配置的，使用-Xmx和-Xms可以配置最大内存和初始化内存，但是一般我们会考虑将初始化内存与最大内存设置成一样，避免在初始化内存扩容时发生对象的移动。当然当Java堆中没有足够的空间来存放对象时就会发生OOM异常。

程序计数器

        程序计数器是一块较小的内存空间，几乎可以忽略不计，是运行速度最快的存储区域。它可以理解为当前线程执行的字节码行号。在JVM规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。任何时间一个线程都只有一个方法在执行，也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址。如果是在执行native方法，则是未指定值(undefined)。它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。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–条需要执行的字节码指令。它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域。