深入JVM-虚拟机运行时内存

Java虚拟机的内存大致可以分成五个部分。详见Java虚拟机运行时数据区

其中、方法区和Java堆是线程共享数据。而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程专有的。

也就是说,每个线程都有自己的虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器,并且共同使用一个方法区和Java堆

JVM_RAM
(图片来源网络)

线程私有区域

1. 程序计数器

首先要说的就是最简单的程序计数器。

它是一个非常小的内存区域,用来存储当前执行位置的行号。如果当前执行的是一个原生方法(Native).那么,这块内存的值就是空的(Undefined)。

2. 虚拟机栈

虚拟机栈是Java方法执行的内存模型。

在方法执行之前,虚拟机会创建一个栈帧,用于存放局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。

需要分配多大的内存空间是完全确定的,在方法执行期间,空间大小不会改变。

两种异常状况:

StackOveflowError

线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。

OutOfMemoryError

在虚拟机可以动态拓展内存的情况下,扩展时无法申请到足够的内存。

3. 本地方法栈

和虚拟机栈的作用相似,只不是本地方法栈是为本地方法(Native Method),而虚拟机栈是为Java方法服务。

在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

共享区域内存

1. 堆内存

堆内存是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。这一点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

注:是随着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、优化技术会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也变得不是那么绝对了

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称做“GC堆”(Garbage Collected Heap)。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。

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过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。

2. 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。
根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出
OutOfMemoryError异常。

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(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。