Java 运行时数据区域,哪些是线程隔离的?哪些又是公有的?

会点代码的大叔

JVM 运行时数据区域大致可以分为:程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆区、元空间、运行时常量池、直接内存等区域;就是下面这个样子的:

Java 运行时数据区域

其中有些区域,随着 JDK 版本的升级不断调整,例如:

  • JDK 1.6,字符串常量池位于永久代的运行时常量池中;
  • JDK 1.7,字符串常量池从永久代剥离,放入了堆中;
  • JDK 1.8,元空间取代了永久代,并且放入了本地内存(Native memory)中。

以上几个区域,按照线程公有还是私有可分为:

  • 线程隔离:程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈;
  • 线程公有:其它的都是线程共享的区域。

线程私有

线程私有

1. 程序计数器

一个 CPU 在某个时间点,只能做一件事情,在多线程的情况下,CPU 运行时间被划分成若干个时间片,分配给各个线程执行;
程序计数器的作用就是记录当前线程执行的位置,当线程被切换回来的时候,能够找到该线程上次运行到哪儿了;所以程序计数器一定是线程隔离的。

2. 虚拟机栈和本地方法栈

  • 虚拟机栈:每个 Java 方法在执行的同时,会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息;方法的调用过程,就是一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程;
  • 本地方法栈:和虚拟机栈很类似,区别在于虚拟机栈为 Java 方法服务,本地方法栈为 Native 方法服务;其中 Native 方法可以看做用其它语言(C、C++ 或汇编语言等)编写的方法;
  • HotSpot 虚拟机就选择了将虚拟机栈和本地方法栈合并在了一起;

为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到,所以虚拟机栈和本地方法栈是线程隔离的。

线程公有

线程公有

1. 堆区

对于堆栈的区别总结一句话:堆中存对象,栈中存基本数据类型和堆中对象的引用;一个对象的大小是可以动态变化的,而引用是固定大小的。
这么看就容易理解堆为什么是线程公有的了,省地儿啊。

2. 元空间区/方法区

方法区用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即编译器编译后的代码等。
还有要注意的一点:方法区是 JVM 的规范,在 JDK 1.8 之前,方法区的实现是永久代;从 JDK 1.8 开始 JVM 移除了永久代,使用本地内存来存储元数据并称之为:元空间(Metaspace)。

3. 运行时常量池

Class 文件中的常量池,会在类加载后被放入这个区域。
另外在 JDK 1.7 之前,字符串常量池就在运行时常量池中,后来字符串常量池放入了堆中,而运行时常量池仍然在方法区(元空间区)中。
有兴趣的朋友可以自己测试一下,以死循环方式创建字符串常量,在 JDK 1.6 里会报永久代 OOM ;在 JDK 1.7 里会报堆区 OOM 。

4. 直接内存

也叫做堆外内存,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。
JDK 1.4 加入的 NIO 类,引入了一种基于通道 ( Channel ) 与缓冲区 ( Buffer ) 的 I/O 方式,它可以使用 native 函数库直接分配堆外内存,然后通过堆上的DirectByteBuffer对象对这块内存进行引用和操作。
简单来说,直接内存就是 JVM 内存之外有一块内存区域,我们通过堆上的一个对象可以操作它;具体等讲到 NIO 部分的时候,再回来加深理解。

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