JVM运行时内存区域划分——java内存模型

怼烎@ 2023-07-17 04:39 20阅读 0赞

> [参考大神笔记][Link 1]

以jdk1.8为例

## 1. Java 虚拟机规范 ##

Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。它们各有用途，有些随着虚拟机进程的启动一直存在（堆、方法区），有些则随着用户线程的启动和结束而建立和销毁（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）。

《Java 虚拟机规范》中规定 Java 虚拟机管理的内存包括以下几个区域：  
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##### 1.1 程序计数器 #####

程序计数器（Program Counter Register），可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器（其实就是记录代码执行到了哪里）。特点如下：

*  线程私有；
 *  占用内存空间较小；
 *  若线程执行的是 Java 方法，记录的是虚拟机字节码指令地址；若执行的是本地（Native）方法，则为空（Undefined）；
 *  该区域是唯一一个在《Java 虚拟机规范》中规定无任何 OutOfMemoryError(内存溢出) 的区域。

> 主要作用：记录线程执行到了哪里。

##### 1.2 Java 虚拟机栈 #####

Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：Java 方法执行的线程内存模型。

每个方法被执行时，虚拟机栈都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每个方法从被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。其中局部变量表包括：

*  Java 虚拟机基本数据类型（8 种）
 *  对象引用（reference 类型，可能是一个指向对象起始地址的指针）
 *  returnAddress

这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）表示，其中 long 和 double 占用两个槽，其他类型占用一个槽。局部变量表所需内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，该方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，运行期间不会改变其大小。

虚拟机栈的特点：

*  线程私有；
 *  生命周期与线程相同；
 *  两类异常
    
     *  线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时抛出 StackOverflowError 异常；
     *  栈扩展时无法申请到足够的内存时抛出 OutOfMemoryError (内存溢出)异常。

> 主要目的：Java 方法执行的线程内存模型。

##### 1.3 本地方法栈 #####

本地方法栈（Native Method Stacks）与 Java 虚拟机栈作用类似。二者区别：

*  Java 虚拟机栈为 JVM 执行 Java 方法（字节码）服务；
 *  本地方法栈为 JVM 使用到的本地（Native）方法服务。  
    异常与 Java 虚拟机栈相同。

> 主要目的：Native 方法执行的线程内存模型。

##### 1.4 Java 堆 #####

对多数应用来说，Java 堆（Java Heap）是 JVM 管理的内存中最大的一块。

> 唯一目的：存放对象实例（【几乎所有】的对象实例都在这里分配内存）。

> 《Java 虚拟机规范》描述：所有对象实例及数组都应在堆上分配。  
> 而从实现角度看，由于即使编译技术（尤其是逃逸分析技术的日渐强大），"栈上分配"等手段使得对象并非完全在堆上分配。  
> 特点：

*  线程共享
 *  虚拟机启动时创建

> PS: “新生代”、“老年代”、"Eden 区"等一系列对堆的区域划分，只是部分垃圾收集器的一些共性或设计风格，而非虚拟机的固有内存布局，更非《Java 虚拟机规范》的划分。  
> 将 Java 堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

##### 1.5 方法区 #####

方法区（Method Area）：用于存储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，该区域也是线程共享的。又称"非堆"。  
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##### 1.6 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、接口等描述外信息，还有一项信息是常量池表（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进入方法区的运行时常量池中存放。

相比于 Class 文件常量池的一个重要特性是「动态性」，运行期间也可以将新的常量放入池中（例如 String 类的 intern() 方法）。

> 可能产生的异常：OutOfMemoryError。

##### 2. 总结 #####

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[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/105602663
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