jvm内存区域

你的名字 2021-12-04 08:47 240阅读 0赞

jvm可以细分为： 方法区，堆，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器  
线程共享区域：方法区和堆  
线程独享区域：虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器。  
**堆内存  
堆内存是所有线程共有的，可以分为两个部分：年轻代和老年代。下图中的Perm代表的是永久代，但是注意永久代并不属于堆内存中的一部分，同时jdk1.8之后永久代也将被移除。**  
![在这里插入图片描述][20190718114743980.png]

**方法区**  
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的区域，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(JIT)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。  
对于JDK1.8之前的HotSpot虚拟机而言，很多人经常将方法区称为我们上图中所描述的永久代，实际上两者并不等价，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。同时对于其他虚拟机比如IBM J9中是不存在永久代的概念的。  
Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，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。相对而言，\*\*垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的。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，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。\*\*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。

**运行时常量池  
运行时常量池（RuntimeConstantPool）是方法区的一部分。注意我们这里所说的运行时的常量池并仅仅是指Class文件中的常量池，因为JVM可能会进行即时编译进行优化，在运行时将部分常量载入到常量池中。**

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（ConstantPoolTable），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。  
Java虚拟机对Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。  
运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，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，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会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。

下面将是栈的结构  
**程序计数器**  
程序计数器（ProgramCounterRegister）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。  
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，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）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，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。**  
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie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。

Java虚拟机栈  
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（JavaVirtualMachineStacks）也是线程私有的，用通俗的话讲它（或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分）**就是我们常常听说到堆栈中的那个“栈内存”**。

局部变量表存放了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，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者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。

**符号引用**  
即用用字符串符号的形式来表示引用，其实被引用的类、方法或者变量还没有被加载到内存中。而直接引用则是有具体引用地址的指针，被引用的类、方法或者变量已经被加载到内存中。符号引用要转换成直接引用才有效，这也说明直接引用的效率要比符号引用高。  
**那为什么要用符号引用呢？**  
这是因为类加载之前，javac会将源代码编译成.class文件，这个时候javac是不知道被编译的类中所引用的类、方法或者变量他们的引用地址在哪里，所以只能用符号引用来表示，当然，符号引用是要遵循java虚拟机规范的。

**虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表（局部变量表需要的内存在编译期间就确定了所以在方法运行期间不会改变大小），操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法从调用至出栈的过程，就对应着栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。**

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虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

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

直接内存  
直接内存（DirectMemory）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地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。  
**在JDK1.4中新加入了NIO（NewInput/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）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。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。**  
显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，经常会忽略掉直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

**直接内存来说，JVM将会在IO操作上具有更高的性能，因为它直接作用于本地系统的IO操作。而非直接内存，也就是堆内存中的数据，如果要作IO操作，会先复制到直接内存，再利用本地IO处理。**  
从数据流的角度，非直接内存是下面这样的作用链：

本地IO-->直接内存-->非直接内存-->直接内存-->本地IO

而直接内存是：

本地IO-->直接内存-->本地IO

**直接内存使用allocateDirect创建，但是它比申请普通的堆内存需要耗费更高的性能。不过，这部分的数据是在JVM之外的，因此它不会占用应用的内存。所以呢，当你有很大的数据要缓存，并且它的生命周期又很长，那么就比较适合使用直接内存。只是一般来说，如果不是能带来很明显的性能提升，还是推荐直接使用堆内存。**

扩展java的四种引用：  
**强引用**  
一般情况下我们用new方式创建的引用就是强引用，jvm进行GC的时候是不会回收存在强引用的对象的  
**软引用**  
如果一个对象具有软引用，内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；  
如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。  
软引用可用来实现内存敏感的高速缓存,比如网页缓存、图片缓存等。使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性。  
**弱引用**  
弱引用与软引用相似，不同的时jvm在GC时会直接将存在弱引用的对象清除，而不是在内存不足时才开始清除，所以相比软引用被GC的几率更大  
**虚引用**  
需引用往往是发生在finalize之后，与前几种引用不同的是，具有虚引用的对象是无法转换为强引用被调用的，它更像是一个finalize方法的记录，可以通过查找虚引用判断对象是否要被GC回收，以及相关资源是否在finalize的时候被关闭等

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