JVM之Java内存区域

对于从事C系列程序员来说,他们既拥有每一个对象的所有权,又担负着维护每一个对象生命周期。但是对于Java程序员来说,JVM帮忙管理了每一个对象的内存使用,程序员们不需要再花时间为每一个new操作配对一个delete或者free操作,这样子不太会因为程序员们的误操作而出现内存泄漏等问题。看起来,JVM的内存管理很美好,但是,正是因为JVM掌握了内存的控制权,一旦出现内存泄漏和内存溢出方面的问题,如果程序员们不了解JVM是如何使用内存的,排查问题将会异常艰难。

JVM内存分区

JVM在执行Java程序的过程中会将内存划分为若干个不同的数据区域,根据Java虚拟机规范,JVM所管理的内存区域分为以下几个运行时数据区域:


运行时数据区域
程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,它主要用来记录当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于JVM的多线程是通过线程轮流切换分配处理器来执行的,所以在任意一个时刻,一个处理器只会执行一个线程中的一条指令,为了在切换线程之后能恢复到正确的执行位置,每一个线程都需要一个单独的程序计数器,它们独立存储,互不影响。

Java虚拟机栈

与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它与线程的生命周期相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型。在Java虚拟机规范中,对于这个区域规定了两种异常:

  • StackOverflowError:线程请求的栈深度大于JVM允许的深度,抛出该异常;

  • OutOfMemoryError:如果虚拟机栈可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存,抛出该异常。

注:在每个方法被执行的时候,都有一个栈帧,用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息,每一个方法被执行的过程也就是栈帧的入栈出栈过程。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用是相似的,它们的区别是:

  • 虚拟机栈为JVM执行的Java方法服务;

  • 本地方法栈为JVM使用到的Native方法服务。

与虚拟机栈一样,本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

对于大多数的应用,堆是JVM管理的内存中最大的一块儿。堆被所有线程共享,在JVM启动时创建,它存在的目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在堆上进行分配。

堆是垃圾收集的主要区域,由于垃圾收集器基本都采用分代收集算法,所以堆还被细分为这几部分:

  1. 新生代:包括Eden区、Form Survivor区和To Survivor区;

  2. 老年代

根据Java虚拟机规范,堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只需要逻辑上连续即可。当然,堆的大小也是可以调整的,可以通过虚拟机参数-Xmx和-Xms控制。同样,在该区域,如果没有内存分配给对象实例,并且堆也无法再扩展,会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与堆一样,也是所有线程共享的内存区域,它主要用来存储已经被JVM加载的类信息、常量、静态变量等。许多熟悉gc的程序员们更喜欢把方法区称之为永久代,但是本质上它俩其实是不等价的,仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队将gc分代收集扩展到了方法区。相对来说,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,这个区域的垃圾收集目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。

运行时常量池

介绍方法区不得不说的就是运行时常量池,它是方法区的一部分。Class文件中除了有类、字段、方法、接口等描述信息外,还有一个信息是常量池,常量池主要用来存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分的内容将在类加载后存放到运行时常量池中。

运行时常量池相比与Class文件常量池的一个重要特性就是具备动态性,Java并不要求常量一定只能在编译期间产生,也可以在运行期间将新的常量放入池中,这种特性最明显的使用就是String.intern方法。

注:jdk 8移除了永久代,引入MetaSpace,将大部分的类元数据直接存储在本地内存中。

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