JVM之Java内存区域是如何划分的

朱雀 2020-10-31 19:08 665阅读 0赞

**      对于java程序员来说，在虚拟机的自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，而且不容易出现内存泄露和内存溢出的问题，看起来由虚拟机管理内存一切都很美好。不过，正是因为内存控制的权利交给了java虚拟机，一旦出现内存泄露和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那排查错误将会是一项异常艰难的工作。**

# 运行时数据区域 #

Java虚拟机在执行java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同你那个的数据区域。包括程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈、方法区、Java堆等，一下将会对这几种概念进行详细的解释。其大致关系如下图所示：

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### 1.程序计数器 ###

程序计数器的作用可以看做是**当前线程所执行的字节码的行号指示器。**字节码解释器工作时就是通过**改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。**

由于**Java虚拟机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。一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，**所以每条线程都需要一个独立的程序计数器**，各线程之间的计数器互不影响，独立存储，这类内存区域称为**“线程私有”**的内存。

如果线程执行的是一个Java方法，这个记录器记录的是**正在执行的虚拟机字节码的地址；**如果正在执行的是Native方法，**这个计数器值则为空（undefined）**。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。

*       注：native是一个计算机函数，一个Native Method就是一个Java调用非[Java][]代码的接口。方法的实现由非Java语言实现，比如C或C++。 *

### 2.Java虚拟机栈 ###

Java虚拟机栈也是**线程私有**的，它的**生命周期与线程相同**。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：**每个方法被执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。**

局部变量表存放的是八大基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。**其中64位的long和double占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。**

在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

*  StackOverflowErrow异常：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时；
 *  OutOfMemoryError异常：如果虚拟机可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时；

### 3.本地方法栈 ###

与虚拟机栈的区别是：**虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。**

###4.Java堆（Java Heap） ###

Java堆是Java虚拟机所管理的**内存中最大**的。**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。**目的是**存放对象实例，几乎所有的对象都在这个分配内存。**

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。因为现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆还分为**新生代和老年代**。从内存分配的角度来看还可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（thread local allocation buffer， TLAB）。进一步划分的目的也是为了更好地回收、分配内存。

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。

### 5.方法区 ###

方法区也是**线程共享的内存区域，**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。

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。**

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

### 6.运行时常量池 ###

运行时常量池是**方法区**的一部分，**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方法区的运行时常量池中。**

运行时常量池的重要特性之一是**具备动态性**，也就是说**运行期间也可能将新的常量放入池中，**运用的比较多的是String类的intern（）方法。

### 7.直接内存 ###

首先，直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是这部分内存也被频繁使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

NIO类引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，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堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

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[Java]: https://baike.baidu.com/item/Java/85979