Java內(nèi)存模式是什么?

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方法區(qū)(Method Area)

方法區(qū)(Method Area)用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量望忆、靜態(tài)常量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分穿仪,但是它卻有一個別名為Non-Heap(非堆),目的是要將堆區(qū)分開來意荤。

方法區(qū)中有一個比較重要的一部分為運行時常量池(Runtime Constant Pool)啊片。Class文件中除了有類的版本、字段玖像、方法笤昨、接口等描述信息外根竿,還有一項信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放編譯器生成的各種字面量和符號引用,這部分內(nèi)容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池存放就珠。

Java虛擬機對Class文件每一部分的格式都有嚴格的規(guī)定,每一個字節(jié)用于存儲哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范的要求才會被虛擬機認可妻怎、裝載和執(zhí)行壳炎,但對于運行時常量池,Java虛擬機規(guī)范沒有任何細節(jié)的要求,不同的提供商的虛擬機可以按照自己的需求來實現(xiàn)這個內(nèi)存區(qū)域铲球。不過,一般來說然走,除了保存Class文件中描述的符號引用外,還會把翻譯的直接引用也存儲在運行時常量池中。

運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態(tài)性噪珊,Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生阵难,也就是并非預置入Class文件證常量池的內(nèi)容才能進入方法區(qū)運行時常量池闷祥,運行期也可以將新的常量放入池中,這種特性被開發(fā)人員利用的比較多的便是String類的intern()方法[inter()方法為:當調(diào)用 intern 方法時座泳,如果池已經(jīng)包含一個等于此 String 對象的字符串(用 equals(Object) 方法確定),則返回池中的字符串考传。否則咪橙,將此 String 對象添加到池中虚倒,并返回此 String 對象的引用美侦。

堆(Heap)

對于大多數(shù)應用來說,Java堆(Java Heap)是Java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊了魂奥。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域菠剩。在虛擬機啟動時創(chuàng)建。它存在的唯一目的是存放對象實例耻煤,幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存具壮。但是隨著新技術的發(fā)展准颓,這個說法也并不是那么絕對。

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Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域棺妓,因此很多時候也被成為“GC堆”(Garbage Collected Heap)攘已。從內(nèi)存回收的角度來看,由于現(xiàn)在收集器基本都采用分代收集算法怜跑,所以Java堆中還可以細分為:新生代和老年代样勃;再細一點可以有Eden空間、From Survivor空間性芬、To Survivor空間等峡眶。

從內(nèi)存分配的角度開看,線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)(Thread Local Allocation Buffer TLAB)植锉。無論怎么劃分辫樱,都與存在內(nèi)容無關,無論哪個區(qū)域俊庇,存儲的都仍然是對象實例狮暑,進一步劃分的目的是為了更好的回收內(nèi)存,或者更快的分配內(nèi)存辉饱。

Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間內(nèi)心例,只要邏輯上連續(xù)的即可,就像我們的磁盤空間一樣鞋囊。在實現(xiàn)時止后,既可以實現(xiàn)固定大小的,也可以是是可擴展的溜腐,不過當前主流的虛擬機都是可以按照可擴展來實現(xiàn)的译株。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配,并且堆也無法再擴展時挺益,將會拋出OutOfMemoryError異常歉糜。

Java虛擬機棧(VM Stack)

線程私有,與線程的生命周期相同望众。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型:每一個方法在執(zhí)行時匪补,會創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧烂翰、動態(tài)鏈接夯缺、方法出口等信息。每一個方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程中甘耿,就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程踊兜。

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局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型(boolean, byte,char, short, int, float, long, double)、對象引用(reference類型佳恬,它不等同于對象本身捏境,可能是一個指向對象起始地址的引用地址于游,也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置)和returnAddress類型(指向了一條字節(jié)碼指令的地址)。

當進入一個方法時垫言,這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間已經(jīng)確定了贰剥,在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。

在Java虛擬機規(guī)范中筷频,對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況:如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度蚌成,則會拋出StackOverflowError異常;如果虛擬機可以動態(tài)擴展截驮,如果無法申請到足夠大的內(nèi)存笑陈,就會拋出OutOfMemoryError異常际度。

本地方法棧(Native Method Stack)

線程私有葵袭,本地方法棧(Native Method Stack)與虛擬機棧所有發(fā)揮的作用是非常相似的,他們之間的區(qū)別不過是虛擬機棧是虛擬機執(zhí)行Java方法(也就是字節(jié)碼)服務乖菱,而本地方法棧是虛擬機執(zhí)行Native方法服務坡锡。在虛擬機規(guī)范中對本地方法棧使用的語言,使用方式與數(shù)據(jù)結構沒有強制規(guī)定窒所,因此具體的虛擬機可以自由實現(xiàn)它鹉勒。甚至有的虛擬機直接把虛擬機棧和本地方法棧合二為一。與虛擬機棧一樣吵取,本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常禽额。

程序計數(shù)器(Program Counter Register)

程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間,可以看作當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器皮官。在虛擬機的概念模型里脯倒,字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令,分支捺氢、循環(huán)藻丢、跳轉、異常處理摄乒、線程恢復等基礎功能都需要這個計數(shù)器完成悠反。

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由于Java虛擬機器的多線程是通過線程輪訓切換并分配CPU執(zhí)行時間來實現(xiàn)的,在任何一個確定時刻馍佑,一個處理器(對于多核處理器來說是一個內(nèi)核)都會只執(zhí)行一條線程的指令斋否。因此,為了線程切換后能恢復到正確的執(zhí)行位置拭荤,每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器如叼,各條線程之間計數(shù)器互不影響,獨立存儲穷劈,我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有“的內(nèi)存笼恰。

如果線程只在執(zhí)行的是一個Java方法踊沸,這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址;如果正在執(zhí)行的是Native方法社证,這個計數(shù)器值則為空(Undefined).該內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域逼龟。

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