深入理解Java虚拟机学习笔记(一) - 运行时数据区域

Java运行时数据区域(JVM RuntimeArea)其实就是指Java虚拟机在运行期间,其对Java虚拟机内存空间的划分和分配。Java虚拟机管理的内存包括几个运行时数据内存:方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器,其中方法区和堆是由线程共享的数据区,其他几个是线程隔离的数据区。

程序计数器

程序计数器(PC寄存器)是一块较小的内存,他可以看做是当前线程所执行的行号指示器。字节码解释器工作的时候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的指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。如果线程正在执行的是一个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,这个计数器则为空。

  • 每条线程都需要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,生命周期与线程相同,我们称这类内存区域为线程私有的内存
  • 唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemotyError情况的区域

Java虚拟机栈

虚拟机栈描述的是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储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈内存就是虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中局部变量表的部分

局部变量表存放了编辑期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(refrence)类型和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)

其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个局部变量空间,其余的数据类型只占用1个。

Java虚拟机规范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所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常。如果虚拟机扩展时无法申请到足够的内存,就会跑出OutOfMemoryError异常

  • 每个线程创建的同时都会创建Java虚拟机栈,生命周期与线程相同,线程私有
  • 内存分配高效,并且当线程运行完毕后,这些内存将被自动回收。

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈发挥的作用是非常类似的,他们的区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务

本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryErroy异常

Java堆

堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动的时候创建,此内存区域的唯一目的是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。所有的对象实例和数组都在堆上分配

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。Java堆细分为新生代和老年代

不管怎样,划分的目的都是为了更好的回收内存,或者更快地分配内存

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。如果在堆中没有完成实例分配,并且堆也无法在扩展时将会抛出OutOfMemoryError异常

方法区

方法区它用于储存已被虚拟机加载的类信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据

除了Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryErroy异常。

  • 方法区域全局共享

  • 由于使用反射机制的原因,虚拟机很难推测哪个类信息不再使用,因此这块区域的回收很难!另外,对这块区域主要是针对常量池回收,值得注意的是JDK1.7已经把常量池转移到堆里面了。

运行时常量池

它是方法区的一部分。Class文件中除了有关的版本、字段、方法、接口等描述信息外、还有一项信息是常量池,用于存放编辑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。

Java语言并不要求常量一定只有编辑期才能产生,也就是可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。