深入理解Java虚拟机(3)--Java内存区域的划分及作用

时间:2022-12-27 13:52:10

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管咧内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途,以及创建和小会的时间,有的区域随着虚拟机的启动而存在,有些区域再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虚拟机所管理的内存包括以下几个运行区域:

深入理解Java虚拟机(3)--Java内存区域的划分及作用

1、程序计数器

1.1、简述:
程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时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都需要依赖这个计数器完成。
1.2、线程私有:是
1.3、设计成线程私有的原因:
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分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,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只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,独立储存,因此把程序计数器设置为私有线程。
1.4、特点:
1. 若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地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器值则为空。
1.5、异常:
此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。

2、java虚拟机栈

2.1简述:
Java虚拟机栈描述的是Java方法的内存模型: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、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程
2.2、生命周期:与线程的生命周期相同。
2.3、线程同步:是。
2.4、异常:
1.当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时,将抛出*Error异常;
2.若果当前虚拟机栈是可动态扩展的(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常

3、本地方法栈

3.1、描述:
本地方法栈与虚拟机栈所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,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中使用的语言、使用的方式和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(比如Sun HotSpot虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
3.2、异常(与虚拟机栈一样):
1.当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时,将抛出*Error异常;
2.若果当前虚拟机栈是可动态扩展的(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

4、Java堆

4.1、描述:
堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。目的是存放对象的实例,几乎所有的对象实例都会在这里分配内存(Java虚拟机规范中描述的是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配)。
4.2、线程共享:是
4.3、创建的时间:虚拟机启动
4.4、特点:
1.存放所有的对象实例
2.垃圾收集器管理的主要区域(因此很多时候也别称作GC堆)
3.从内存回收的角度来看由于现在收集器基本都采用分代收集算法Java堆还可以细分为:新生代和老年代
4.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。不过无论如何划分都与存放的内容无关,存储的都是对象的实例进一步划分的目的是为了更好的回收内存,或者是更快的分配内存
4.5、异常:
1.Java虚拟机规范的规定,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。在是现实既可以设置成固定大小的,也可以是可扩展的(当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的),若果对中没有内存完成实例分配,并且对也无法再扩展时,将抛出OutOfMemoryError异常

5、方法区

5.1、描述:
用于储存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
5.2、线程共享:是
5.3、特点:
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。回收的主要目标是针对常量池和类型的卸载。
5.4、异常:
当方法区无法满足内存需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

6、运行时常量区

6.1、描述:
运行时常量池是方法区的一部分。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(Constant Pool Table),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区运行时常量池中存放
6.2、线程共享:是
6.3、特点:
Java语言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文件中的常量池中的内容才能进入方法区运行时常量池运行期间也可以将新的常量放入池中(例如String类的intern()方法)
6.4、异常:
和方法区一样,当常量池无法在申请到内存是会抛出OutOfMemoryError异常

7、直接内存

7.1、描述:
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范中定义的内存区域。到那时这部分也被频繁的使用,而且也有可能导致OutOfMemoryError异常。
7.2、特点:
在JDK1.4中新加入了NIO类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)d的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配对外内存,然后通过一个储存在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存区域的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了Java堆和Native堆中来回复制数据。
7.3、异常:
当内存区域总和大于物理内存区域限制(包括物理的和操作系统级的限制),从而导致出现OutOfMemoryError异常。