Java内存区域

迷南。 2022-02-04 13:21 315阅读 0赞

Java内存区域

了解Java内存区域，这是翻越虚拟机内存管理这堵围墙的第一  
步。

## 运行时数据区域 ##

![Java虚拟机运行时数据区][Java]

## 程序计数器 ##

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线  
程所执行的字节码的行号指示器。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（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线  
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，每条线程都需要有一个独立  
的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，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，这个计数器值则为空（Undefined）。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。

## Java虚拟机栈 ##

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）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时  
都会创建一个栈帧（Stack Frame\[1\]）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口  
等信息。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期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、  
float、long、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，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）和  
returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。  
其中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  
量表的大小。  
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚  
拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果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，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如  
果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

## 本地方法栈 ##

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间  
的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚  
拟机使用到的Native方法服务。

## 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，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就  
是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。  
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，从内存回收的角度来看，由于现在收集器基  
本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有  
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 Local Allocation Buffer,TLAB）。不  
过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划  
分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。如  
果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异  
常。

## 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数据。虽然Java虚拟机规  
范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应  
该是与Java堆区分开来。  
对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人都更愿意把方法区  
称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的  
设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样  
HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内  
存管理代码的工作。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概  
念的。原则上，如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范约束，但使用永久代  
来实现方法区，现在看来并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题（永久代  
有-XX：MaxPermSize的上限。

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