java虚拟机之运行时数据区域

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-09-25 10:18 210阅读 0赞

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1、程序计数器 （program Counter Resgister）

\--是一块小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的 行号指示器。

\--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。

\--每条线程都需要一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储， -- 线程私有 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的区域

2、Java虚拟机栈 java virtual Machine Stacks

\--线程私有的

\--每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧 Stack Frame （用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口灯信息）

\--每个方法的调用 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

\--“栈” 指的是虚拟机栈中的局部变量表

\--局部变量表 存放 编译期可知的 各种基本数据类型 （boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用类型（reference类型， 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 其它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），其余的只占一个Slot

\---这个区域规定了两种异常状况：

\----①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；

\----②如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3、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，它们之间的区别是 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务（也就是字节码），而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

\--Sun HotPot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

\--异常情况同java虚拟机栈

4、Java堆 java heap

\--对于大多数程序应用来说， 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 虚拟机规范中描述： 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配（The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated ）

\--JIT编译器 逃逸分析技术 栈上分配 标量替换 优化技术 ？？？  
\--java 堆是垃圾收集器管理的主要区域， 很多时候也被称作 “GC堆” （Garbage Collection Heap）

\--从内存回收的角度来看，现在的收集器基本上都采用分代收集算法，java 堆细分为： 新生代和老年代；再细分 Eden空间，From Survivor空间、To Survivor空间等。

\--从内存分配的角度，线程共享的Java堆 可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer ，TLAB）。

\--当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）

\--如果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。

5、方法区 Method Area

\--与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，

\--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。

\--java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分

\--别名 Non-Heap(非堆)

\--方法区也被称“永久代”（permanent Generation） HotPot垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理方法区，省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。 永久代有-XX：MaxPermSize的上限。 J9和JRocket只要没有触碰到进程可用的内存上限就ok（32位系统中4GB，就不会粗问题）

\--根据Java虚拟机规范规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

6、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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table） 用于存放编译期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。

\--一般来说，除了保存CLass文件中的描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

\--运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要的特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的是String类的intern（）方法

\-------关于String 的intern（）方法

intern

public String intern()  
返回字符串对象的规范化表示形式。  
一个初始时为空的字符串池，它由类 String 私有地维护。 当调用 intern 方法时，如果池已经包含一个等于此 String 对象的字符串（该对象由 equals(Object) 方法确定），则返回池中的字符串。否则，将此 String 对象添加到池中，并且返回此 String 对象的引用。 它遵循对于任何两个字符串 s 和 t，当且仅当 s.equals(t) 为 true 时，s.intern() == t.intern() 才为 true

总结出来其意思如下：  
如果：s.intern()方法的时候，会将共享池中的字符串与外部的字符串(s)进行比较,如果共享池中有与之相等的字符串，则不会将外部的字符串放到共享池中的，返回的只是共享池中的字符串，如果不同则将外部字符串放入共享池中，并返回其字符串的句柄（引用）-- 这样做的好处就是能够节约空间

\--既然运行时常量区是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常

7、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虚拟机规范中定义的内存区域。

\--但这部分内存也被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现

\--JDK1.4 加入NIO（New Input/Output）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，然后通过一个存储在Java堆中的DirecByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

\--这样能显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

\--显然本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制

\--但是受到本机总内存（包括RAM以及Swap区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制。

\--服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

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