java虚拟机知识整理——虚拟机的内存区域

时间:2021-09-21 11:12:24

java能获得比较广泛的认可,有一个比较重要的原因就是java具有平台无关性:它实现了“一次编写,到处运行”的理想。这个理想能够实现,和不同的系统有相应配套的java虚拟机(简称JVM)的编译和执行有关。
一般的高级语言如果要在不同的平台上运行,至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用模式Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

运行时的数据区域

经常有人把java内存分为对内存和栈内存,这种说法比较粗糙,Java内从区域的划分实际上远比这复杂,这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存非配关系最米奇的内存区域是这两块。其中的堆就是图中的堆,栈就是图中的虚拟机栈。
java虚拟机知识整理——虚拟机的内存区域

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看做是当前线程锁执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅仅是在概念模型里,各种虚拟机可能通过一些更高效的方式去实现),字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理,线程恢复等基础功能等都不要依赖这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并非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,一个处理区(多余多核处理器来说是一个内核)都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,各条线程之间计数器互不影响,独立存储,我们称这列内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正贼执行的是一个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Native方法,这个计数器值为空。次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虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期与线程相投。虚拟机描述的是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用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法欧从调用纸质执行完成的过程,就对应这一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用类型和returnAddress类型。其中占64位长度的long和double类型的数据会占用两个局部变量的空间,其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,党进入一个方式是,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。
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锁允许的深度,将抛出*Error异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈锁发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,二本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范总对本地方法栈中方法锁使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以*实现它。甚至有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈会抛出*Error和OutOfMemoryError异常。

Java堆

对于大多数应用来说,Java堆是Java虚拟机锁管理的内存中最大的一块。Java堆是所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动的时候创建。此内存区域的唯一木点就是存放对象实例,机会所有的对象实例都要在堆上非配,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,站上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也见见变得不是那么“绝对”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,一次很多时候也被称作“GC堆”。从内存回收的角度来看,由于现在收集器基本都采用分代手机算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、FromSurvivor空间、ToSurvivor空间等。从内存分配的角度来看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论怎么划分,都与存放的内容无关,无论哪个区域,存储的都让然是对象实例,进一步的划分的目的是为了更好的回收内存,或者更快的分配内存。
根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以在物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的。如果在堆中没有内存完成实例分配并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法去与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据等数据。虽然Java虚拟机规范把方法去描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap,目的是应该是与Java堆区分开来。
Java虚拟机贵方对方法区的限制非常宽松,除了和Java堆乙方不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展意外,还可以选择不实现垃圾手机。这个区域的内存回收目标主要是针对长亮翅的回收和对类的卸载。当方法去无法满足内存非配需求时,会抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

运行时常量池是方法去的一部分,Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译器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去的运行是常量池中存放。
运行时常量池相对于Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性,Java鱼油并不要求常量一定只有编译器才能产生,也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法去运行时常量池,运行期间也可能将新的变量放入池总,这种特性被开发人员利用的比较多的便是String类中的intern()方法。
既然运行时长量子是方法区的一部分,自然收到方法区内存的限制,当长两只无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机闺房中定于的内存区域。但是这部分内存也被频繁使用,而且也是可能导致OutOfMemoryError异常的出现,所以也放在这里说明。在JDK1.4中新加入了NIO类,引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式,他可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后同韩国一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象最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,以为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。
显然,直接内存的分配不会收到Java堆大小的限制,但是直接内存分配不够时也会抛出OutOfMemoryError异常。

总结

这一片回顾了虚拟机中的内存是如何划分的,那部分区域,什么样的代码和操作可能导致内存一处异常。虽然Java有垃圾收集机制,但内存溢出异常离我们仍然并不遥远。