Java运行时内存区域

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Java虚拟机栈

Java虚拟机会为每个线程分配一个虚拟机栈,Java虚拟机栈是线程私有的。

每个虚拟机栈中都有若干个栈帧,一个栈帧就对应Java代码中的一个方法。当线程执行到一个方法时,就代表这个方法对应的栈帧已经进入虚拟机栈并且处于栈顶的位置(先入后出),每一个Java方法从被调用到执行结束,就对应了一个栈帧从入栈到出栈的过程。

每个栈帧中存储了局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址等。

①局部变量表(储存方法参数和局部变量):局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间,用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。局部变量表的容量以变量槽(Variable Slot)为最小单位。Java虚拟机规范并没有定义一个槽所应该占用内存空间的大小,但是规定了一个槽应该可以存放一个32位以内的数据类型。

②操作数栈(用于计算的临时数据存储区):操作数栈(Operand Stack)也常被称为操作栈。当一个方法开始执行时,其操作数栈是空的,随着方法执行和字节码指令的执行,会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操作数栈,再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者,也就是出栈/入栈操作。一个完整的方法执行期间往往包含多个这样出栈/入栈过程。

③动态链接(用来转化方法的内存地址直接引用):在一个class文件中,一个方法要调用其他方法,需要将这些方法的符号引用转化为其在内存地址中的直接引用,而符号引用存在于方法区中的运行时常量池。

Java虚拟机栈中,每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。这些符号引用一部分会在类加载阶段或者第一次使用时就直接转化为直接引用,这类转化称为静态解析。另一部分将在每次运行期间转化为直接引用,这类转化称为动态连接。

④返回地址: 当一个方法开始执行后,只有2种方式可以退出这个方法 :

方法返回指令 : 执行引擎遇到一个方法返回的字节码指令,这时候有可能会有返回值传递给上层的 方法调用者,这种退出方式称为正常完成出口。

异常退出 : 在方法执行过程中遇到了异常,并且没有处理这个异常,就会导致方法退出。

无论采用何种退出方式,在方法退出之后,都需要返回到该方法被调用的位置,程序才能继续执行,方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息。用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。方法退出的过程实际上就等于把当前栈帧出栈,因此退出可能执行的操作有: 1.恢复上层方法的局部变量表和操作数栈。 2.把返回值(如果存在返回值)压入调用者栈帧的操作数栈中。 3.调整程序计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈的区别是,虚拟机栈执行的是Java方法,本地方法栈执行的是本地方法(Native Method),其他基本上一致。

程序计数器

程序计数器主要用来确定指令的执行顺序,比如循环,分支,跳转,异常捕获等。JVM对于多线程的实现是通过轮流切换线程实现的,为了保证每个线程都能按正确顺序执行,将程序计数器作为线程私有。程序计数器是一块非常小的内存空间,可以看做是当前线程执行字节码的行号指示器。程序计数器是Java虚拟机规定的唯一不会发生内存溢出的区域。

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堆是一个所有线程共享的,存放对象的区域,也是GC的主要区域。其中的分区分为新生代,老年代。新生代中又可以细分为一个Eden,两个Survivor区(From,To)。Eden中存放的是通过new 或者newInstance方法创建出来的对象,绝大多数都是很短命的,正常情况下经历一次gc之后,存活的对象会转入到其中一个Survivor区,然后再经历默认15次的gc,就转入到老年代,这是常规状态下。在Survivor区已经满了的情况下,JVM会依据担保机制将一些对象直接放入老年代。当一个对象占用内存特别大的时候会直接放入老年代。

堆内存主要用于存放对象和数组,它是JVM管理的内存中最大的一块区域,堆内存在虚拟机启动时创建。在垃圾收集的层面上来看,现在收集器基本上都采用分代收集算法。

Hotspot虚拟机实现在JDK1.7开始废除永久代,将原本方法区中的字符串常量池,类静态变量移至Java Heap中。

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 的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

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表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

像整型常量池、字符串常量池等都属于常量池内容。

方法区也叫永久代。在过去(自定义类加载器还不是很常见的时候),类大多是”static”的,很少被卸载或收集,因此被称为“永久的(Permanent)”

HotSpot 虚拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而已。

从JDK7开始永久代的移除工作,贮存在永久代的一部分数据已经转移到了Java Heap或者是Native Heap。但永久代仍然存在于JDK7,并没有完全的移除:符号引用(Symbols)转移到了native heap;字面量(interned strings)转移到了java heap;类的静态变量(class statics)转移到了java heap。随着JDK8的到来,JVM不再有PermGen。但类的元数据信息(metadata)还在,只不过不再是存储在连续的堆空间上,而是移动到叫做“Metaspace”的本地内存(Native memory)中。

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