2.Java虚拟机内存模型及分区

 2019-12-10 15:54  阅读(791)
文章分类:Java Core

**Java内存模型** *Java内存模型,往往是指Java程序在运行时内存的模型,而Java代码是运行在Java虚拟机之上的,由Java虚拟机通过解释执行(解释器)或编译执行(即时编译器)来完成,故Java内存模型,也就是指Java虚拟机的运行时内存模型。* Java虚拟机在执行Java程序过程中会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,以及创建和销毁的时间,有的区域随着Java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。 Java虚拟机管理的内存将会分为以下几个运行时数据区域: ![20191210001412\_1.png][20191210001412_1.png] 1,程序计数器(Program Counter Register):程序计数器是一个比较小的内存区域,用于指示当前线程所执行的字节码执行到了第几行,可以理解为是当前线程的行号指示器。字节码解释器在工作时,会通过改变这个计数器的值来取下一条语句指令。   每个程序计数器只用来记录一个线程的行号,所以它是线程私有(一个线程就有一个程序计数器)的。   如果程序执行的是一个Java方法,则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;如果正在执行的是一个本地(native,由C语言编写完成)方法,则计数器的值为Undefined,由于程序计数器只是记录当前指令地址,所以不存在内存溢出的情况,因此,程序计数器也是所有JVM内存区域中唯一一个没有定义OutOfMemoryError的区域。 2,虚拟机栈(JVM Stack):一个线程的每个方法在执行的同时,都会创建一个栈帧(Statck Frame),栈帧中存储的有局部变量表、操作站、动态链接、方法出口等,当方法被调用时,栈帧在JVM栈中入栈,当方法执行完成时,栈帧出栈。   局部变量表中存储着方法的相关局部变量,包括各种基本数据类型,对象的引用,返回地址等。在局部变量表中,只有long和double类型会占用2个局部变量空间(Slot,对于32位机器,一个Slot就是32个bit),其它都是1个Slot。需要注意的是,局部变量表是在编译时就已经确定好的,方法运行所需要分配的空间在栈帧中是完全确定的,在方法的生命周期内都不会改变。   虚拟机栈中定义了两种异常,如果线程调用的栈深度大于虚拟机允许的最大深度,则抛出StatckOverFlowError(栈溢出);不过多数Java虚拟机都允许动态扩展虚拟机栈的大小(有少部分是固定长度的),所以线程可以一直申请栈,直到内存不足,此时,会抛出OutOfMemoryError(内存溢出)。   每个线程对应着一个虚拟机栈,因此虚拟机栈也是线程私有的。 3,本地方法栈(Native Method Statck):本地方法栈在作用,运行机制,异常类型等方面都与虚拟机栈相同,唯一的区别是:虚拟机栈是执行Java方法的,而本地方法栈是用来执行native方法的,在很多虚拟机中(如Sun的JDK默认的HotSpot虚拟机),会将本地方法栈与虚拟机栈放在一起使用。   本地方法栈也是线程私有的。 4,堆区(Heap):堆区是理解Java GC机制最重要的区域,没有之一。在JVM所管理的内存中,堆区是最大的一块,堆区也是Java GC机制所管理的主要内存区域,堆区由所有线程共享,在虚拟机启动时创建。堆区的存在是为了存储对象实例,原则上讲,所有的对象都在堆区上分配内存(不过现代技术里,也不是这么绝对的,也有栈上直接分配的)。   一般的,根据Java虚拟机规范规定,堆内存需要在逻辑上是连续的(在物理上不需要),在实现时,可以是固定大小的,也可以是可扩展的,目前主流的虚拟机都是可扩展的。如果在执行垃圾回收之后,仍没有足够的内存分配,也不能再扩展,将会抛出OutOfMemoryError:Java heap space异常。   关于堆区的内容还有很多,将在下节“Java内存分配机制”中详细介绍。 5,方法区(Method Area):在Java虚拟机规范中,将方法区作为堆的一个逻辑部分来对待,但事实上,方法区并不是堆(Non-Heap);另外,不少人的博客中,将Java GC的分代收集机制分为3个代:青年代,老年代,永久代,这些作者将方法区定义为“永久代”,这是因为,对于之前的HotSpot Java虚拟机的实现方式中,将分代收集的思想扩展到了方法区,并将方法区设计成了永久代。不过,除HotSpot之外的多数虚拟机,并不将方法区当做永久代,HotSpot本身,也计划取消永久代。本文中,由于笔者主要使用Oracle JDK6.0,因此仍将使用永久代一词。   方法区是各个线程共享的区域,用于存储已经被虚拟机加载的类信息(即加载类时需要加载的信息,包括版本、field、方法、接口等信息)、final常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。   方法区在物理上也不需要是连续的,可以选择固定大小或可扩展大小,并且方法区比堆还多了一个限制:可以选择是否执行垃圾收集。一般的,方法区上执行的垃圾收集是很少的,这也是方法区被称为永久代的原因之一(HotSpot),但这也不代表着在方法区上完全没有垃圾收集,其上的垃圾收集主要是针对常量池的内存回收和对已加载类的卸载。   在方法区上进行垃圾收集,条件苛刻而且相当困难,效果也不令人满意,所以一般不做太多考虑,可以留作以后进一步深入研究时使用。   在方法区上定义了OutOfMemoryError:PermGen space异常,在内存不足时抛出。   运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分,用于存储编译期就生成的字面常量、符号引用、翻译出来的直接引用(符号引用就是编码是用字符串表示某个变量、接口的位置,直接引用就是根据符号引用翻译出来的地址,将在类链接阶段完成翻译);运行时常量池除了存储编译期常量外,也可以存储在运行时间产生的常量(比如String类的intern()方法,作用是String维护了一个常量池,如果调用的字符“abc”已经在常量池中,则返回池中的字符串地址,否则,新建一个常量加入池中,并返回地址)。 6,直接内存(Direct Memory):直接内存并不是JVM管理的内存,可以这样理解,直接内存,就是JVM以外的机器内存,比如,你有4G的内存,JVM占用了1G,则其余的3G就是直接内存,JDK中有一种基于通道(Channel)和缓冲区(Buffer)的内存分配方式,将由C语言实现的native函数库分配在直接内存中,用存储在JVM堆中的DirectByteBuffer来引用。由于直接内存收到本机器内存的限制,所以也可能出现OutOfMemoryError的异常。 \*方法区和持久代的关系: 方法区物理上存在于堆里,而且是在堆的持久代里面;但在逻辑上,方法区和堆是独立的。 一般说堆的持久代就是说方法区,因为一旦JVM把方法区(类信息,常量池,静态字段,方法)加载进内存以后,这些内存一般是不会被回收的了。\* (1)线程私有区: 程序计数器,记录正在执行的虚拟机字节码的地址; 虚拟机栈:方法执行的内存区,每个方法执行时会在虚拟机栈中创建栈帧; 本地方法栈:虚拟机的Native方法执行的内存区; (2)线程共享区: Java堆:java对象实例; 方法区:存放类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据; 运行时常量池:运行时常量池是方法区的一部分,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。运行期间可以将新的常量放入常量池中,用得比较多的就是String类的intern()方法,当一个String实例调用intern时,Java查找常量池中是否有相同的Unicode的字符串常量,若有,则返回其引用;若没有,则在常量池中增加一个Unicode等于该实例字符串并返回它的引用。 [20191210001412_1.png]: https://gitee.com/chenssy/blog-home/raw/master/image/series-images/javaCore/javacore/20191210001412_1.png

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