JVM运行时数据分区介绍

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。根据《Java虚拟机规范(Java SE 7版)》的规定,Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域,如图所示:

jvm-memory-area.png

隔离区

线程隔离,每个线程单独存储,互不干扰

程序计数器

是一个记录当前线程所执行的字节码的行号指示器

特点:
  1. 线程隔离性,每个线程工作时都有属于自己的独立计数器
  2. 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,这个计数器值则为空(Undefined),原因是原生方法程序不受JVM控制
  3. 占用内存很小
  4. 唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

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(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

特点:

 1. 线程隔离性,每个线程工作时都有独立的数据区域
 2. 生命周期与线程相同
 3. 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

和虚拟机栈类似,主要为虚拟机使用到的Native方法服务。 也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError

共享区

线程可以共享的区域,多个线程共享这块内存区域

堆区

所有的对象实例以及数组都要在堆上分配 ,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,栈上分配、标量替换等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渐渐变得不是那么“绝对”了。

特点:
  1. 是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块
  2. Java堆是被所有线程共享的一块内存区域
  3. 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,除了逃逸分析优化
  4. 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
  5. 通过 初始堆大小(-Xmx)和 最大堆大小(-Xms)控制堆内存空间,如果无法扩展申请足够的内存,将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

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等数据。方法区逻辑上属于堆的一部分,但是为了与堆进行区分,通常又叫“非堆”。

特点
  1. 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
  2. 这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。
  3. 当方法区无法满足内存分配需求时,则抛出OutOfMemoryError异常。
  4. 在HotSpot虚拟机中,用永久代来实现方法区,将GC分代收集扩展至方法区,但是这样容易遇到内存溢出的问题。
    JDK1.7中,已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。

JDK1.8撤销永久代,引入元空间。

运行时常量池

用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,是方法区的一部分

特点
  1. 具备动态性,不仅仅可以在编译期生成字符变量加入常量池也可以在运行时生成加入,运行时通过调用String类的intern()方法加入常量池
  2. 运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存(Direct Memory,也叫对外内存)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域

直接内存是Java堆外的,直接向系统申请的一块内存空间(直接内存不属于虚拟机运行时数据区)。因此,直接内存的大小不受虚拟机的限制,只受本机内存的限制。

在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作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,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

特点

  1. 本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但是,既然是内存,肯定还是会受到本机总内存(包括RAM以及SWAP区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制。
  2. 如果各个内存区域总和大于物理内存限制(包括物理的和操作系统级的限制),从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
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