JVM扫盲篇——Java虚拟机运行时数据区域

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Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把内存分成不同的区域:

程序计数器

一块小的内存空间,可以把它当作当前线程所执行的字节码的运行指示器。(字节码解释器原理:通过改变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、线程恢复等功能)

  • 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,为了线程切换能恢复到正确的执行位置,每条线程都有独立的程序计数器,各个线程之间计数器互不影响,独立存储。
  • 线程正在执行Java方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。
  • 执行的是Native方法,计数器值为空(Undefiend)。
  • 此内存区域是唯一一个在Java虚拟机中没有固定任何OOM情况的区域
Java虚拟机栈

线程私有,他的生命周期与线程相同,为虚拟机执行的Java方法(字节码)服务。虚拟栈区描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的过程,都对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

  • 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)、对象的引用(非对象本身,可能是指向对象的指针、可能是指向代表对象的句柄、其他与此对象相关的位置)、returnAddress(指向一条字节码指令的地址);
  • 规定的异常状态:
    • 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,抛出StackoverflowError异常
    • 虚拟机栈可以动态扩展内存,扩展时无法申请足够的内存,抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈

为虚拟机使用到的Native方法服务,也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

Java堆(Java Heap):Java虚拟机所管理的内存中最大一块。所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建,内存区域的为目的就是存放对象实例。

  • Java堆是垃圾收集器管理的主要区域(GC堆),从内存回收的角度:收集器采用分代收集算法,Java堆所以可以分成新生代和老生代,细致分也可以分为:Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间
  • 处于物理上不连续的内存空间中,但是逻辑上连续
  • 堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展,将会抛出OutOfMemoryError异常

方法区

永生代,所有线程共享的内存区域,存储各个线程共享的内存区域,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

  • 无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常
  • 运行时常量池,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

总结:

  • 程序计数器:当前线程所执行的字节码的行号指示器,线程私有。可通改变计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令,完成分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能。
  • Java虚拟机栈:线程私有,栈帧存放局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口
  • 本地方法栈:为虚拟机使用的Native方法服务
  • Java堆:线程共享,存放对象实例的区域,垃圾收集器主要管理的区域
  • 方法区:所有线程共享的内存区域,存储各个线程共享的内存区域,存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译期编译后的代码等数据。