深入理解 Java 虚拟机：Java 虚拟机内存组成概况

系统管理员 2023-07-13 08:18 74阅读 0赞

### 深入理解 Java 虚拟机：Java 虚拟机内存组成概念 ###

*  前言
 *  Java 虚拟机内存划分
 *  运行时数据区域
 *  程序计数器
 *  Java 虚拟机栈
 *   *  局部变量表
 *  本地方法栈
 *  Java 堆
 *  方法区
 *   *  运行时常量池
 *  直接内存

# 前言 #

刚开始看《深入理解Java虚拟机》，文章主要就当笔记来用了，整理知识点，方便以后复习查看

# Java 虚拟机内存划分 #

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# 运行时数据区域 #

执行 Java 程序的过程中，把它所管理的`内存划分为若干个不同的数据区域。`  
这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁时间。  
有的区域随着虚拟机进程的启动而存在。  
有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

# 程序计数器 #

程序计数器（Program Counter Register）是块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。  
`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，独立储存`，我们称这类内存区域为**线程私有**的内存。

# Java 虚拟机栈 #

Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）是`线程私有的，它的生命周期与线程相同`。

每个`方法在执行`的同时都会`创建一个栈帧用于储存局部变量表、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，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程`。

**栈** 就是现在讲的虚拟机栈，或者说`虚拟机栈中的局部变量表部分`。

## 局部变量表 ##

`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，也可能时指向一个代表对象的句柄或其他对象相关的位置）。

`局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。`

# 本地方法栈 #

本地方法栈（Native Method Stack）是为虚拟机使用 Native Method 方法服务。在JVM规范中，并没有对本地方法栈的具体实现方法以及数据结构作强制规定，虚拟机可以自由实现它。  
`也就是说Java的虚拟机，这个就是按照 Java 实现的 Java 栈，其他语言的就按别的语言自己实现。比如 Sun HotSpot 虚拟机就直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。`

# Java 堆 #

Java 堆（Java Heap）是 `Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。绝大多数情况下，实例与数组都在堆上分配。`

但是随着 JIT 编辑器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都在堆上分配也渐渐变得不那么“绝对”了。

`Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC 堆”`（Garbage Collected Heap）。由于现在`收集器基本采用分代收集算法，`所以 Java 堆还可以细分为：`新生代和老年代；`再细致点的又 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，存储都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

# 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。`

方法区也被很多人称为`永久代`。  
在 `JDK1.7` 的 HotSpot 虚拟机中，虽然`永久代还存在`，但已经逐步“去永久代”，`常量池在堆`。  
在 `JDK1.8` 的 HotSpot 虚拟机中，`无永久代，常量池在元空间（用的是计算机的直接内存，而不是虚拟机管理的内存）`。

## 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、接口等描述信息`外，还有一项信息是常量池，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`。

# 直接内存 #

直接内存（Direct Memory），也被称为`堆外内存`，`受本机总内存大小及处理器寻址空间的限制`。

JDK1.4 引入了 `NIO`（New Input/Output），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 `DirectByteBuffer` 对象作为这块内存的引用进行操作。

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