《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（最新第二版）》第二章（一：虚拟机内存分布简介）

矫情吗；* 2021-09-23 05:56 268阅读 0赞

### 《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（最新第二版）》第二章（一：虚拟机内存分布简介） ###

### 文章目录 ###

*   *   *  《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（最新第二版）》第二章（一：虚拟机内存分布简介）
         *  1.1、程序计数器
         *  1.2、java虚拟机栈
         *  1.3、本地方法栈
         *  1.4、java堆
         *  1.5、方法区
         *  1.6、运行时常量池
         *  1.7、直接内存
         *  1.8、总结

这个图是jdk1.7中的内存分配图

![format_png][]

### 1.1、程序计数器 ###

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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依赖这个计数器来完成。

由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器否只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，\*\*每条线程都需要由一个独立的程序计数器，\*\*各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个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的地址；如果正在执行的是Native方法，这个技术亲值则为空。**此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。**

### 1.2、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**，它的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事都会创建一个**栈帧**用于存储局部比变量表，操作数栈，动态链接，方法出口灯信息，**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入栈到出栈的过程**。

局部变量 表存放了编译器可知的**基本数据类型**（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、**对象引用**（reference类型，可以是一个指向对象起始地址的引用指针，也可以是指向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）。

**64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个**。**局部变量表**所需要的内存在**编译期间完成分配**，当进入一个方法时，这个方法需要再帧中分配多大的局部变量空间是完全确认的，再方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

⒈**如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StackOverflowError异常；**

2.如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的java虚拟机都可以动态扩展，只不过虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），**如果扩展时候，无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemryError异常。**

### 1.3、本地方法栈 ###

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，它们之间的区别：

**虚拟机栈为虚拟机执行java方法（也就是字节码）服务**；

**本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务；**

在虚拟机规范中对本地方法栈中使用的语言，使用方式与数据结构，并没有强制规定，有的虚拟机（Sun HotSpot）直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemryError异常

### 1.4、java堆 ###

对于大多数应用来说，java堆（java heap）是java虚拟机所管理的内存中的最大的一块。java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时候创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，**栈上分配，标量替换**优化技术，对象在堆中分配，也并不是绝对的了。

java堆是GC管理的主要区域，从内存回收的角度来说，现在的GC收集器基本都采用分带收集算法，所有说，java堆还可以细分为：**新生代和老年代**；在细致一点有**Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间**等。从内存分配的角度来看，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 Loccal Allocation Buffer,TLAB）;无论怎么划分，堆中存储的都是对象的实例，细致划分也只是为了更好的做内存管理，内存回收。

在虚拟机规范中，java堆可以处理物理内存中，不连续的内存空间，只要逻辑上是连续就可以；主流虚拟机都是可扩展来实现的（-Xmx和-Xms控制）；如果在堆中没有内存完成实例分配，并且也无法在扩展的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常

### 1.5、方法区 ###

方法区（Method Area）与java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于**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的数据。**

目前我们在绝大部分情况下，都是使用的HotSpot虚拟机上开发，很多人都把方法区称为堆中的“永久代（Permanent Generation）”，本质上两者不等价，被这么说，是因为HotSpot虚拟机的设计团队的选择把GC分代收集扩展到方法区，或者说使用永久代来实现方法区，这样就可以使用GC收集器来像java堆一样管理这个部分的内存，**永久代有-XX：MaxPermSize的上限**。

方法区的内存回收目标，主要针对常量池的回收和类型的卸载

当方法区无法满足内存分配需求时候，将抛出OutOfMemoryError异常

### 1.6、运行时常量池 ###

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等的描述信息外，还有一项信息就是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译器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，常量池中存放。

运行时常量池对比于Class文件常量池的另外一个重要特征是**具备动态性**，java语言并不要求常量一定值有编译器才能产生，也就是说，除了编译器产生的常量，运行期间产生的常量，也会放入常量池中，例如 String类中的intern（）方法。

运行时常量池，属于方法区，跟方法区一样，无法申请到内存时候，将会抛出OutOfMemoryError异常

### 1.7、直接内存 ###

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中的定义的内存区域，但是这个部分内存也被频繁的使用，而且也有可能导致OutOfMemoryError异常；例如：在jdk1.4中新加入的NIO（new Input/Output）类，引入了基础通道（Channel）和缓冲区（Buffer）的IO方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，这样操作，能在一些场景中显著的提高性能，避免了再Java堆中和Native堆中，来回复制数据。

### 1.8、总结 ###

OutOfMemoryError异常：除了程序计数器，其他部分都会抛出内存溢出的异常

StackOverflowError异常：只有栈中会出现的异常（虚拟机栈，本地方法栈）

GC回收，绝大部分都是在对java堆进行分代回收处理

[format_png]: /images/20210923/84f1f0987cb2404ab03ee11185be34f8.png