Java运行时数据区域

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根据《Java虚拟机规范(JavaSE7版)》的规定,JVM的运行时内存区域主要由程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区组成。

同时又存在运行时常量池,是方法区的一部分。

程序计数器:

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器,或者说它记录了当前正在执行的字节码指令的地址,它是一个只读的存储器。

程序计数器是线程私有的,由于JVM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的。在任何一个确定的时刻,一个处理器(或者是多核处理器的一个内核)都只会执行一个线程中的指令。因此,为了线程切换后可以恢复到正确的位置,所以每一个线程都要拥有一个独立的程序计数器,也就是说,程序计数器是线程私有的。

Java虚拟机栈:

Java虚拟机栈是一种线程私有的存储器,用于存储Java中的局部变量,它的生命周期与线程相同。

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每次调用方法时都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。方法每一次从调用直至执行完成的过程,都对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。

本地方法栈:

本地方法栈是一种特殊的栈,它和Java虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别在于:Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务;而本地方法栈支持本地代码(Native Code)的执行,为虚拟机使用到的本地方法服务。

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、方法出口等信息。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。

Java堆:

对于大多数应用来说,Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被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都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中描述的是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变的不是那么“绝对”了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,虚拟机发现没有被引用的对象时,就会对堆中的对象进行垃圾回收,以释放内存空间。

方法区:

方法区是各个线程共享的区域,它用于存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。每加载一个类,方法区就会分配一定的内存空空间,用于存储该类的相关信息,这部分空间的大小会随着需要而动态的变化。

方法区的具体实现形式可以有多种,比如堆、永久代、元空间等。

运行时常量池:

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、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,它用于存放编译阶段生成的信息,主要有字面量和符号引用常量两类,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。其中符号引用常量包括了类的全限定名称、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。


小结:

程序计数器和Java虚拟机栈是线程私有的;Java堆和方法区是线程共享的;运行时常量池是方法区的一部分;本地方法栈支持本地代码(Native Code)的执行,为虚拟机使用到的本地方法服务。

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这3个区域随线程而生,随线程而灭。