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JVM内存结构——运行时数据区

在Java虚拟机规范中将Java运行时数据划分为6种,分别为:

  • PC寄存器(程序计数器)
  • Java栈
  • 方法区
  • 运行时常量池
  • 本地方法栈

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一、PC寄存器(程序计数器)


  PC寄存器(Program Counter Register)严格来说是一个数据结构,它用于保存当前正常执行的程序的内存地址。

  线程私有。

  每个线程启动的时候,都会创建一个PC(Program Counter,程序计数器)寄存器。PC寄存器里保存有当前正在执行的JVM指令的地址。

  每个线程都需要一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储,这类内存区域为“线程私有”的内存。

  如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的时正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的时Native方法,这个计数器值则为空。

  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。

二、Java虚拟机栈


  与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相同
  在这个Java栈中又会含有多个栈帧,这些栈帧是与每个方法关联起来的,每运行一个方法就创建一个栈帧,每个栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

  在编译程序代码的时候,栈帧中需要多大的局部变量表,多深的操作数栈都已经完全确定了,并且写入到方法表的Code属性之中,所以一个栈帧需要分配多少内存,不会受程序运行期变量数据的影响,而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

  在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展,但Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常

  由于Java栈是与Java线程对应起来的,这个数据不是线程共享的,所以我们不用关心它的数据一致性问题,也不会存在同步锁的问题。

  通过 -Xss 调整线程堆栈大小,1.5 之后为 1M,之前为 256k,减少堆栈大小,可创建更多线程。

三、堆


  堆是存储Java对象的地方,它是JVM管理Java对象的核心存储区域,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。
  堆是被所有Java线程所共享的,所以对它的访问需要注意同步问题,方法和对应的属性都需要保证一致性。

  Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。因此也叫“GC堆”。由于现在收集器基本都采用分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代(Eden空间、From Survivor和To Survivor空间)和老年代

  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,就像磁盘空间一样。

  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

  可通过虚拟机参数 -Xmx 设置堆内存最大值,-Xms 设置堆内存初始大小。

四、方法区


  方法区与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码等数据。

  方法区这个存储区域也属于后面介绍的Java堆中的一部分,也就是我们通常所说的Java堆中的永久区。

  方法区这个区域有点特殊,由于它不像其他Java堆一样会频繁地被GC回收器回收,它存储的信息相对比较稳定,但是它仍然占用了Java堆的空间,所以仍然会被JVM的GC回收器来管理。

  Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。

  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异常

  永久带是JDK1.8之前方法区的一种实现,用JVM内存,1.8之后方法区的实现改为元空间,直接使用JVM外内存;

五、运行时常量池


  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,用于存放编译器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。Java虚拟机规范没有对这部分做任何细节的要求。

  运行时常量池相对于Class文件常量池的一个重要特性是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,比如说String的intern()方法

  既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常

六、本地方法栈


  本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别是: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Native方法服务。

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

  本地方法栈是为JVM运行Native方法准备的空间,它和前面介绍的Java栈的作用是类似的,由于很多Native方法都是用C语言实现的,所以它通常又叫C栈,除了在我们的代码中包含的常规的Native方法会使用这个存储空间,在JVM利用JIT技术时会将一些Java方法重新编译为Native Code代码,这些编译后的本地代码通常也是利用这个栈来跟踪方法的执行状态的。

七、直接内存


  直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用,而且会导致OutOfMemoryError异常。

  在NIO中,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样做显著提高了性能,避免在Java堆和Native堆中来回复制数据。

  虽然这部分空间不会受到Java堆大小的限制,但是,因为是内存空间,所以会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。

  所以在配置虚拟机参数时,不能忽略直接内存,避免使各个内存区域总和大于物理内存限制。不然会导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

来源:https://www.cnblogs.com/zhengbin/category/845524.html

文章永久链接:https://tech.souyunku.com/?p=15783

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