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Java 虚拟机的内存空间分为 5 个部分
程序计数器Java 虚拟机栈本地方法栈堆方法区 JDK 1.8 同 JDK 1.7 比最大的差别就是元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于元数据空间并不在虚拟机中而是使用本地内存。
程序计数器PC 寄存器
程序计数器的定义
程序计数器是一块较小的内存空间是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线程正在执行的是一个本地方法那么此时程序计数器为Undefined。
程序计数器的作用
字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令从而实现代码的流程控制。在多线程情况下程序计数器记录的是当前线程执行的位置从而当线程切换回来时就知道上次线程执行到哪了。
程序计数器的特点
是一块较小的内存空间。线程私有每条线程都有自己的程序计数器。生命周期随着线程的创建而创建随着线程的结束而销毁。是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域。
Java 虚拟机栈Java 栈
Java 虚拟机栈的定义
Java 虚拟机栈是描述 Java 方法运行过程的内存模型。
Java 虚拟机栈会为每一个即将运行的 Java 方法创建一块叫做“栈帧”的区域用于存放该方法运行过程中的一些信息如
局部变量表操作数栈动态链接方法出口信息…
压栈出栈过程
当方法运行过程中需要创建局部变量时就将局部变量的值存入栈帧中的局部变量表中。
Java 虚拟机栈的栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈也就是当前正在执行的方法PC 寄存器也会指向这个地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作数栈使用当在这个栈帧中调用另一个方法与之对应的栈帧又会被创建新创建的栈帧压入栈顶变为当前的活动栈帧。
方法结束后当前栈帧被移出栈帧的返回值变成新的活动栈帧中操作数栈的一个操作数。如果没有返回值那么新的活动栈帧中操作数栈的操作数没有变化。 由于 Java 虚拟机栈是与线程对应的数据不是线程共享的因此不用关心数据一致性问题也不会存在同步锁的问题。 Java 虚拟机栈的特点
局部变量表随着栈帧的创建而创建它的大小在编译时确定创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中局部变量表的大小不会发生改变。Java 虚拟机栈会出现两种异常StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。 StackOverFlowError 若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时抛出 StackOverFlowError 异常。OutOfMemoryError 若允许动态扩展那么当线程请求栈时内存用完了无法再动态扩展时抛出 OutOfMemoryError 异常。 Java 虚拟机栈也是线程私有随着线程创建而创建随着线程的结束而销毁。 出现 StackOverFlowError 时内存空间可能还有很多。 本地方法栈C 栈
本地方法栈的定义
本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。
栈帧变化过程
本地方法被执行时在本地方法栈也会创建一块栈帧用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。
方法执行结束后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。 如果 Java 虚拟机本身不支持 Native 方法或是本身不依赖于传统栈那么可以不提供本地方法栈。如果支持本地方法栈那么这个栈一般会在线程创建的时候按线程分配。 堆
堆的定义
堆是用来存放对象的内存空间几乎所有的对象都存储在堆中。
堆的特点
线程共享整个 Java 虚拟机只有一个堆所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个。在虚拟机启动时创建。是垃圾回收的主要场所。进一步可分为新生代Eden 区From SurviorTo Survivor、老年代。
不同的区域存放不同生命周期的对象这样可以根据不同的区域使用不同的垃圾回收算法更具有针对性。
堆的大小既可以固定也可以扩展但对于主流的虚拟机堆的大小是可扩展的因此当线程请求分配内存但堆已满且内存已无法再扩展时就抛出 OutOfMemoryError 异常。 Java 堆所使用的内存不需要保证是连续的。而由于堆是被所有线程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。 方法区
方法区的定义
Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。方法区存放以下信息
已经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
方法区的特点
线程共享。 方法区是堆的一个逻辑部分因此和堆一样都是线程共享的。整个虚拟机中只有一个方法区。永久代。 方法区中的信息一般需要长期存在而且它又是堆的逻辑分区因此用堆的划分方法把方法区称为“永久代”。内存回收效率低。 方法区中的信息一般需要长期存在回收一遍之后可能只有少量信息无效。主要回收目标是对常量池的回收对类型的卸载。Java 虚拟机规范对方法区的要求比较宽松。 和堆一样允许固定大小也允许动态扩展还允许不实现垃圾回收。
运行时常量池
方法区中存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。常量就存放在运行时常量池中。
当类被 Java 虚拟机加载后 .class 文件中的常量就存放在方法区的运行时常量池中。而且在运行期间可以向常量池中添加新的常量。如 String 类的 intern() 方法就能在运行期间向常量池中添加字符串常量。
直接内存堆外内存
直接内存是除 Java 虚拟机之外的内存但也可能被 Java 使用。
操作直接内存
在 NIO 中引入了一种基于通道和缓冲的 IO 方式。它可以通过调用本地方法直接分配 Java 虚拟机之外的内存然后通过一个存储在堆中的DirectByteBuffer对象直接操作该内存而无须先将外部内存中的数据复制到堆中再进行操作从而提高了数据操作的效率。
直接内存的大小不受 Java 虚拟机控制但既然是内存当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。
直接内存与堆内存比较
直接内存申请空间耗费更高的性能直接内存读取 IO 的性能要优于普通的堆内存。直接内存作用链 本地 IO - 直接内存 - 本地 IO堆内存作用链本地 IO - 直接内存 - 非直接内存 - 直接内存 - 本地 IO 服务器管理员在配置虚拟机参数时会根据实际内存设置-Xmx等参数信息但经常忽略直接内存使得各个内存区域总和大于物理内存限制从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
