運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域
根據(jù) <<Java虛擬機(jī)規(guī)范(JavaSE7版)>>的規(guī)定, JVM所管理的內(nèi)存將會(huì)包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域.
程序計(jì)數(shù)器 (Program Counter Register)
程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間, 它可以看成是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指器.在虛擬機(jī)的概念模型里,字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過改變這個(gè)計(jì)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 循環(huán) 跳轉(zhuǎn) 異常理 線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來完成.
由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)的,在任何一個(gè)確定的時(shí)刻, 一個(gè)處理器(對(duì)于多核處理器來說是一個(gè)內(nèi)核)都只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令. 因此, 為了線程切換后恢復(fù)到正確的行位置, 每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器, 各線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響, 獨(dú)立存儲(chǔ), 我們稱這類內(nèi)存區(qū)域?yàn)?線程私有"的內(nèi)存.
如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法, 這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址, 如果正在執(zhí)行是Native方法, 這個(gè)計(jì)數(shù)器值則為空(Undefined). 此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在JVM規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域.
Java虛擬機(jī)棧 (Java Virtual Machine Stacks)
Java虛擬機(jī)棧是線程私有, 它的生命周期與線程相同. 虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型: 每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀(Stack Frame)用于存儲(chǔ)局部變量表, 操作數(shù)棧, 動(dòng)態(tài)鏈接, 方法出口等信息. 每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程, 就對(duì)應(yīng)一個(gè)幀棧在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程.
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(duì)象引用(reference), 和returnAddress類型(指向了一條字節(jié)碼指令的地址)
其中64位長(zhǎng)度的long和double類型的數(shù)據(jù)會(huì)占用2個(gè)局部變量空間(Slot), 其余的數(shù)據(jù)類型只占用一個(gè). 局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配, 當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí), 這個(gè)方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的, 在方法運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小.
Java虛擬機(jī)棧規(guī)定了兩種異常狀況: 如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度, 將拋出StackOverflowError異常; 如果虛擬機(jī)可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展, 如果擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存, 就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常. :w
本地方法棧 (Native Method Stack)
本地方法棧與Java虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似, 只不過本地方法棧為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù); 在虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)本地方法棧中方法使用的語言, 使用方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有強(qiáng)制規(guī)定, 具體的虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn), 甚至有的虛擬機(jī)(比如 Sun HotSpot)直接就把Java虛擬機(jī)棧和本地方法棧合二為一, 本地方法棧也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常;:w
Java堆 (Java Heap)
Java堆是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊, 是被所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域, 此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放實(shí)例對(duì)象, 幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存, JVM規(guī)范描述: 所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配, 但隨著技術(shù)發(fā)展, 所有對(duì)象實(shí)例在堆上分配也漸漸變得不是那么絕對(duì)了.
Java堆是GC管理的主要區(qū)域, 常常被稱為GC堆, Java堆可以細(xì)分為: 新生代和老年代, 新生代可以細(xì)分為: Eden空間, From Survivor空間, To Survivor空間等. 從內(nèi)存分配的角度來看, 線程共享的堆中可能劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)(Thread Local Allocation Buffer, TLAB), 但是無論怎樣劃分, 都與存放內(nèi)容無關(guān), 無論哪個(gè)區(qū)域, 存儲(chǔ)的仍然是對(duì)象實(shí)例, 劃分的目的只是為了更好的回收內(nèi)存, 或者更好的分配內(nèi)存. 堆會(huì)拋出OutOfMemoryError異常.
方法區(qū) (Method Area)
方法區(qū)是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域, 用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息, 常量, 靜態(tài)變量, 即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù). JVM規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分, 但方法區(qū)有一個(gè)別名叫做非堆(No-Heap), 目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來. 虛擬機(jī)規(guī)范描述, 方法區(qū)可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集, 相對(duì)而言, 垃圾回收在這個(gè)區(qū)域很少出現(xiàn). 這個(gè)區(qū)域內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載. 當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí), 將拋出OutOfMeoryError異常.
運(yùn)行時(shí)常量池 (Runtime Constant Pool)
運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分, Class文件中除了有類的版本, 字段, 方法, 接口等描述信息外, 還有一項(xiàng)信息是常量池, 用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用, 這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放. 當(dāng)常量池?zé)o法申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí), 也會(huì)拋出OutOfMemoryError異常.
直接內(nèi)存 (Direct Memory)
直接內(nèi)存并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分, 也不是規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域. 在JDK1.4新加入了NIO(New Input/Output)類, 引入一種基于通道(Channel)與緩沖區(qū)(Buffer)的I/O方式, 它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存, 然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作. 這樣在一些場(chǎng)景中顯著提高性能, 因此避免了在Java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù). 這部分被頻繁使用, 也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn).
