不積跬步,無以至千里
不積小流,無以成江海

0%

JVM内存区域

Java内存区域(运行时数据区)

java虚拟机的内存空间分为5个部分:

  • 程序计数器
  • java虚拟机栈
  • 本地方法栈
  • 方法区

JDK1.6

JDK1.8

线程私有的:

  • 程序计数器
  • 虚拟机栈
  • 本地方法栈
    线程共享的:
  • 方法区
  • 直接内存 (非运行时数据区的一部分)

程序计数器(PC寄存器)

定义: 程序计数器是一块较小的内存空间,是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线程正在执行的是一个本地方法,那么此时程序计数器为Undefined。
作用:

  • 字节码解释器通过改变程序计数器依次读取指令,从而实现代码的流程控制。
  • 在多线程情况下,程序记录器记录的是当前线程执行的位置,从而当线程切换回来时,就知道上次线程执行到哪了。
    特点:
  • 是一块较小的内存空间
  • 线程私有,每条线程都有自己的程序计数器
  • 生命周期:随着线程的创建而创建,随着线程的结束而销毁
  • 是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。

Java虚拟机栈

定义:

描述的是Java方法执行的内存模型。每次方法调用的数据都是通过栈传递的。
Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域,用于存放该方法运行过程中的一些信息,如: 局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息…

局部变量表主要存放了编译期可知的各种数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型,它不同于对象本身,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)

压栈出栈过程

当方法运行过程中需要创建局部变量时,就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。
Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈,也就是当前正在执行的方法,PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用,当在这个栈帧中调用另一个方法,与之对应的栈帧又会被创建,新创建的栈帧压入栈顶,变为当前的活动栈帧。
方法结束后,当前栈帧被移出,栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值,那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。

特点

  • 局部变量表随着栈帧的创建而创建,它的大小在编译时确定,创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中,局部变量表的大小不会发生改变。
  • Java虚拟机栈会出现两种异常:StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
    StackOverFlowError: 若 Java 虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展,那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度的时候,就抛出 StackOverFlowError 错误。出现 StackOverFlowError 时,内存空间可能还有很多。
    OutOfMemoryError: 若 Java 虚拟机堆中没有空闲内存,并且垃圾回收器也无法提供更多内存的话。就会抛出 OutOfMemoryError 错误。
  • Java虚拟机栈也是线程私有,随着线程创建而创建,随着线程结束而销毁。

扩展:那么方法/函数如何调用?

Java 栈可用类比数据结构中栈,Java 栈中保存的主要内容是栈帧,每一次函数调用都会有一个对应的栈帧被压入 Java 栈,每一个函数调用结束后,都会有一个栈帧被弹出。
Java 方法有两种返回方式:
return 语句。
抛出异常。
不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出。

本地方法栈

和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 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。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。
本地方法被执行的时候,在本地方法栈也会创建一个栈帧,用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息。
方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间,也会出现 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种错误。
如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法,或是本身不依赖于传统栈,那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈,那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。

定义:

Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java 堆是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以及数组都在这里分配内存。
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作GC 堆(Garbage Collected Heap).从垃圾回收的角度,由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以 Java 堆还可以细分为:新生代和老年代:再细致一点有:Eden 空间、From Survivor、To Survivor 空间等。进一步划分的目的是更好地回收内存,或者更快地分配内存。

特点

  • 线程共享,整个Java虚拟机只有一个堆,所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个。
  • 在虚拟机启动时创建
  • 是垃圾回收的主要场所
  • 进一步可分为:新生代(Eden 区:From Survior,To Survivor)、老年代
    堆这里最容易出现的就是 OutOfMemoryError 错误,并且出现这种错误之后的表现形式还会有几种,比如:
    OutOfMemoryError: GC Overhead Limit Exceeded : 当JVM花太多时间执行垃圾回收并且只能回收很少的堆空间时,就会发生此错误。
    java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space :假如在创建新的对象时, 堆内存中的空间不足以存放新创建的对象, 就会引发java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误。(和本机物理内存无关,和你配置的内存大小有关!)

方法区

定义:方法区与堆一样,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。
特点:

  • 线程共享。 方法区是堆的一个逻辑部分,因此和堆一样,都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。
  • 永久代。 方法区中的信息一般需要长期存在,而且它又是堆的逻辑分区,因此用堆的划分方法,把方法区称为“永久代”。
  • 内存回收效率低。 方法区中的信息一般需要长期存在,回收一遍之后可能只有少量信息无效。主要回收目标是:对常量池的回收;对类型的卸载。
  • Java 虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。 和堆一样,允许固定大小,也允许动态扩展,还允许不实现垃圾回收。

运行时常量池

方法区中存放:类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。常量就存放在运行时常量池中。
当类被Java虚拟机加载后,.class文件中的常量就存在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间,可以向常量池中添加新的常量。如String类的intern()方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。

直接内存(堆外内存)

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁地使用。而且也可能导致 OutOfMemoryError 错误出现。

操作直接内存

在 NIO 中引入了一种基于通道和缓冲的 IO 方式。它可以通过调用本地方法直接分配 Java 虚拟机之外的内存,然后通过一个存储在堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存,而无须先将外部内存中的数据复制到堆中再进行操作,从而提高了数据操作的效率。
直接内存的大小不受 Java 虚拟机控制,但既然是内存,当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

直接内存与堆内存比较

  • 直接内存申请空间耗费更高的性能
  • 直接内存读取IO的性能要优于普通的堆内存
  • 直接内存作用链: 本地IO->直接内存->本地IO
  • 堆内存作用链:本地IO->直接内存->非直接内存->直接内存->本地IO

HotSpot 虚拟机在 Java 堆中对象分配、布局和访问的全过程,参考文章链接

欣赏此文?求鼓励,求支持!