JVM之运行时数据区

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1.1程序计数器

  • 作用:程序计数器是内存中一块较小的内存空间,主要是用来表示当前线程所执行的字节码的行号指示器。

      字节码解释器工作时通过计数器的值来选取下一个需要执行的字节码指令,分支、循环、          跳转、异常等功能都是需要依赖这个计数器来完成。线程切换恢复到正确的执行位置都需          要依靠程序计数器。

  • 线程私有:每个线程都有单独的一个程序计数器,线程之间的计数器是互不影响,独立存储的

  • 生命周期:随着线程的创建而创建,随着线程的结束而消亡

  • 是否有OOM问题:程序计数器是唯一一个不会抛出OutOfMemoryError的内存区域

1.2虚拟机栈

虚拟机栈是描述Java的方法执行的线程内存模型:每个方法被执行时都会同时创建一个栈帧,用于存放局部变量表,操作数栈,动态链接、方法出口信息等,每一个方法被调用直至程序执行完成的过程,就是对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表主要存放了编译器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)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

其中64 位长度的long 和double 类型的数据会占用2 个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1 个。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。

Java 虚拟机栈会出现两种异常:

  • 若线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverFlowError(栈溢出)异常
  • 若虚拟机栈容量可以动态扩展,当栈扩展到无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError(内存溢出)异常

Java 虚拟机栈也是线程私有的,每个线程都有各自的Java虚拟机栈,而且随着线程的创建而创建,随着线程的死亡而死亡。

1.3本地方法栈

和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,其区别只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本地(Native) 方法服务。

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 两种异常。

1.4堆

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。

根据Java 虚拟机规范的规定,Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms 控制)。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。 

1.5方法区

方法区与 Java 堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于储存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、接口等描述等信息外,还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于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存放到常量池中。

  • 字面量:文本字符串,final修饰等
  • 符号引用:类和接口的全限定名,字段名称和描述符,方法名称和描述符

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。