JVM内存模型/内存空间:运行时数据区

JVM内存模型/内存空间

Java虚拟机JVM运行起来,就会给内存划分空间,这块空间成为运行时数据区。

运行时数据区主要划分为以下 6个 :

image-20210829150433288

① 程序计数器 (Program Counter Register)

  • 一块较小的内存空间,可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器
  • 线程私有的内存
  • 值得注意的是:《Java虚拟机规范》中,唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域!!!

程序计数器也可以称为PC寄存器,通俗的讲就是指令缓存,它主要用来缓存当前程序执行的下一条指令的地址,CPU根据这个地址找到将要执行的指令。这个寄存器是JVM内部实现的,不是物理概念上的计数器,不过和JVM的实现逻辑一样。

② Java虚拟机栈 (VM Stack) 

  • Java方法执行的线程内存模型
  • 每一个线程运行起来的都会对应一个栈(线程栈),栈中的数据是该线程独有的,不会产生资源共享的情况,因此线程栈是线程安全的。
  • 栈当中存放的是栈帧 
    • 每个Java方法的执行对应着一个栈帧的进栈和出栈的操作
    • 当线程调用方法时,就形成一个栈帧,并将这个栈帧进行压栈操作,方法执行完之后进行出栈操作。
    • 这个栈帧中包括:局部变量、操作数栈、指向当前方法对应类的常量池引用、方法返回地址等信息
  • 为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务
  • 线程私有的内存
  • 其生命周期与线程相同
  • 两类异常:
    • 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JVM栈容量可以动态扩展,当栈扩展时无法申请到足够的内存时,会抛出OutOfMemoryError异常

③ 本地方法栈 (Native Method Stack)

区别于 “Java虚拟机栈” 

  • 本地方法栈只为虚拟机使用到的本地(Native)方法服务,为其运行提供内存环境 
    • 本地方法是指JVM需要调用非Java语言所实现的方法,例如C/C++/C# 
  • JVM栈运行的是Java方法

在JVM规范中,没有强化性要求实现方一定要划分出本地方法栈(例如:HotSpot虚拟机将本地方法栈和栈合二为一)和具体实现(不同的操作系统,对JVM规范的具体实现都不一样)。

  • 同 “Java虚拟机栈” 一样,本地方法栈也有两类异常: 
    • 栈深度溢出时,将抛出StackOverflowError异常
    • 栈扩展失败时,会抛出OutOfMemoryError异常

④ Java堆 (Java Heap) 

  • 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
  • 唯一的目的:存放对象示例。
    • Java中 “几乎” 所有的对象实例都在这里分配内存;
    • 但是,由于现在技术发展,说 “Java对象示例都分配在堆上” 也渐渐变得不是那么绝对了。
  •  Java堆是垃圾收集器管理的内存区域,也称“GC堆”。 
    • 堆内存中的对象没有被引用,会自动被Java的垃圾回收机制回收。
  • 当在方法中定义了局部变量:
    • 如果局部变量是基本数据类型,直接存放在栈内存中;
    • 如果局部变量是引用数据类型,会将变量值存放在堆内存中,栈内存中只存放引用地址。
  • Java堆可以处于物理上不连续的内存空间,但在逻辑上它应该是被视为连续的。
  • 如果在Java堆中没有内存完成实例分配,并且Java堆也无法再扩展时,Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常

 ⑤ 方法区(Method Area)

  • 和 “Java堆” 一样,是被所有线程共享的一块区域。
  • 主要存放每一个被加载的class的信息

class信息主要包含魔数(确定是否是一个class文件),常量池,访问标志(当前的类是普通类还是接口,是否是抽象类,是否被public修饰,是否使用了final修饰等描述信息…),字段表集合信息(使用什么访问修饰符,是实例变量还是静态变量,是否使用了final修饰等描述信息…),方法表集合信息(使用什么访问修饰符,是否静态方法,是否使用了 final 修饰,是否使用了synchronized修饰,是否是native方法…)等内容。

当一个类加载器加载了一个类的时候,会根据这个class文件创建一个class对象,class对象就包含了上述的信息。后续要创建这个类的实例,都根据这个class对象创建出来的。

在《Java虚拟机规范》中,把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫作 “非堆” ,目的是与Java堆区分开来。

如果方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常

⑥ 运行时常量池 (Running Constant Pool)

  • 运行时常量池是方法区的一部分。
  • 存放class中最重要的资源,JVM为每一个class对象都维护着一个常量池。
  • 常量池表:用于存放编译期生成的各种字面量与字符引用。
  • 这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 
  • 运行时常量池相对Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性。
  • 当常量池无法再申请到内存时,会抛出OutOfMemoryError异常

【特】 直接内存

运行时数据区主要为以上6个区域,但是JVM所管理的还有一个较特殊的区域:

  • 直接内存 (Direct Memory)
  • 既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。
  • 但是这部分内存区域也被频繁地使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现

1.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。
2.在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,则肯定还是会受到本机总内存(包括RAM及SWAP区或者分页文件)的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时,一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息,但经常会忽略掉直接内存,使得各个内存区域的总和大于物理内存限制(包括物理上的和操作系统级的限制),从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

总结

本片文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注龙方网络的更多内容!

郑重声明:本文版权包含图片归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们(delete@yzlfxy.com)修改或删除,多谢。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

留言与评论(共有 0 条评论)
昵称:
匿名发表
   
验证码: