JVM之JVM内存结构

牧童_
130 阅读5分钟

前言

前面学习过了java内存模型，今天再把jvm内存结构补充上。因为这两个概念容易被搞混淆，但其实完全不是一个层面的知识，知识名词相近，所以要清晰概念知识。

首先先区分一下JVM内存结构和java内存模型分别指的是啥。java内存模型（JMM）的目标是为了解决由可见性和有序性导致的并发安全问题。 JVM内存结构指的是线程运行所设计的内存空间。

JVM内存结构

image.png JVM的内存结构大概分为：

  • 堆（Heap）：线程共享。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。回收器主要管理的对象。
  • 方法区（Method Area）：线程共享。存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
  • 方法栈（JVM Stack）：线程私有。存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口，对象指针。
  • 本地方法栈（Native Method Stack）：线程私有。为虚拟机使用到的Native 方法服务。如Java使用c或者c++编写的接口服务时，代码在此区运行。
  • 程序计数器（Program Counter Register）：线程私有。有些文章也翻译成PC寄存器（PC Register），同一个东西。它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。指向下一条要执行的指令。

堆

堆的作用是存放对象实例和数组。从结构上来分，可以分为新生代和老年代。而新生代又可以分为Eden 空间、From Survivor 空间（s0）、To Survivor 空间（s1）。 所有新生成的对象首先都是放在新生代的。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来的对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到老年代的只有从第一个Survivor区过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。

  • 控制参数 -Xms设置堆的最小空间大小。-Xmx设置堆的最大空间大小。-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。-XX:MaxNewSize设置新生代最小空间大小。

  • 垃圾回收 此区域是垃圾回收的主要操作区域。

  • 异常情况 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。

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。

很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为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。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。在Java8中永生代彻底消失了。

  • 控制参数 -XX:PermSize 设置最小空间 -XX:MaxPermSize 设置最大空间。

  • 垃圾回收 对此区域会涉及但是很少进行垃圾回收。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意。

  • 异常情况 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。

方法栈

每个线程会有一个私有的栈。每个线程中方法的调用又会在本栈中创建一个栈帧。在方法栈中会存放编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不等同于对象本身。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

  • 控制参数 -Xss控制每个线程栈的大小。

  • 异常情况 在Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

  • StackOverflowError： 异常线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时抛出；

  • OutOfMemoryError 异常： 虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。

  • 控制参数 在Sun JDK中本地方法栈和方法栈是同一个，因此也可以用-Xss控制每个线程的大小。

  • 异常情况 与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。

程序计数器

它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

  • 异常情况 此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。
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