深入理解Java虚拟机-学习笔记(1)Java内存区域

时间:2023-01-02 14:14:50
首先来张图吧,也是书上的图主要展示了Java虚拟机运行时数据区

深入理解Java虚拟机-学习笔记(1)Java内存区域

1.程序计数器(Program Counter Register)

可以看做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就是通过改变这个计数器的数值来执行下一条需要执行的字节码指令

Java虚拟机多线程是通过轮流切换分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何时刻,一个处理器只会执行一条线程中的指令。当有执行多线程时,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器,各个线程之间互不干扰。这类内存称之为“线程私有”的内存。

线程执行Java方法和Native方法的两种情况:

      1)执行Java方法:计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址

      2)执行Native方法:计数器值为空(Undefined)

程序计数器是Java虚拟机规范中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

2.Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)

描述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。(很多概念还是不太清楚,目前只做了解,书本的后续内容应该会进一步讲解)

每个方法从调用到执行结束的过程,对应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期可知的各种数据类型数据:

       1) 基本类型:64位长度的long和double类型的数据占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个Slot。

       2)对象引用(reference类型,它不同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄活其他与此对象相关的位置)

       3)returnAddress类型(指向一条字节码指令的地址)

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配的局部变量空间是完全确定的,不会再方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

出现异常的情况:

      1)*Error:线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。

      个人理解:就如同一个递归算法的方法,如果递归的深度太深,调用自身的次数过多,会在栈中穿件很多个栈帧,栈帧数量过多超出虚拟机栈的范围,可以写个简单的测试,就是写两个方法MethodA()和MethodB(),在MethodA()中调用MethodB(),在MethodB()中调用MethodA(),在main方法中调用MethodA或者MethodB,这样就相当于一个死循环,无限相互调用,在虚拟机栈中不断创建栈帧,直到虚拟机栈中无法容纳时抛出*Error

      2)OutOfMemoryError:如果虚拟机可以动态扩展,扩展时无法申请到足够的内存。

3.本地方法栈(Native Method Stack)

与虚拟机栈发挥的作用相似,区别如下

虚拟机栈:为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务

本地方法栈:为虚拟机中使用到的Native方法服务

4.Java堆(Java Heap)

所有的对象实例以及数组都要在堆上分配(The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated)

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,也被称为GC堆(Garbage Collected Heap)

出现异常的情况:

      OutOfMemoryError

      在堆中没有内存完成实例分配,而且堆也无法扩展时,抛出该异常。

      个人遇到的情况:目前在银行中工作,银行的系统通常都会有很多很庞大的数据需要导出,当一次性导出的数据过大,在内存中创建了过多的对象,最后内存不足,无法继续创建对象,就会出现这个异常。

5.方法区(Method Area|Non-Heap)

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

6.运行时常量池(Runtime Constant Pool)

是方法区的一部分。

Class文件中除了有类的版本、字段、方法、借口等描述信息外,还有一项是常量池(Constant Pool Table)用于存放编译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虚拟机对Class文件每一个部分的格式都有严格规定,每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行;

但是对于运行时常量池,Java虚拟机规范没有做任何要求,不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。

运行时常量池相对于Class文件常量池具备动态性,运行期间也可能将新的常量放入池中,例如String.itern();

7.直接内存(Direct Memory)

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。

Java1.4中新加入NIO(New I/0)引入一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,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。


虚拟机内存区域小结:

1.主要分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区(运行时常量池)

2.程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这三个区域随着线程而生,随着线程而灭。Java堆和方法区是线程共享的。

3.各个区域存放内容

      1)程序计数器:当前线程所执行的字节码的行号指示器。

      2)虚拟机栈:Java方法执行的内存模型,存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口......

      3)本地方法栈:为虚拟机中使用到的Native方法服务

      4)Java堆:存放实例对象和数组

      5)方法区(运行时常量池):存储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