JVM之Java内存区域

Posted 2023-02-20 miaomiaoLoveCode

对于从事C系列程序员来说，他们既拥有每一个对象的所有权，又担负着维护每一个对象生命周期。但是对于Java程序员来说，JVM帮忙管理了每一个对象的内存使用，程序员们不需要再花时间为每一个new操作配对一个delete或者free操作，这样子不太会因为程序员们的误操作而出现内存泄漏等问题。看起来，JVM的内存管理很美好，但是，正是因为JVM掌握了内存的控制权，一旦出现内存泄漏和内存溢出方面的问题，如果程序员们不了解JVM是如何使用内存的，排查问题将会异常艰难。

JVM内存分区

JVM在执行Java程序的过程中会将内存划分为若干个不同的数据区域，根据Java虚拟机规范，JVM所管理的内存区域分为以下几个运行时数据区域：

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，它主要用来记录当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于JVM的多线程是通过线程轮流切换分配处理器来执行的，所以在任意一个时刻，一个处理器只会执行一个线程中的一条指令，为了在切换线程之后能恢复到正确的执行位置，每一个线程都需要一个单独的程序计数器，它们独立存储，互不影响。

Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它与线程的生命周期相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型。在Java虚拟机规范中，对于这个区域规定了两种异常：

• StackOverflowError：线程请求的栈深度大于JVM允许的深度，抛出该异常；
• OutOfMemoryError：如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存，抛出该异常。

注：在每个方法被执行的时候，都有一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法被执行的过程也就是栈帧的入栈出栈过程。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用是相似的，它们的区别是：

• 虚拟机栈为JVM执行的Java方法服务；
• 本地方法栈为JVM使用到的Native方法服务。

与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

堆

对于大多数的应用，堆是JVM管理的内存中最大的一块儿。堆被所有线程共享，在JVM启动时创建，它存在的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在堆上进行分配。

堆是垃圾收集的主要区域，由于垃圾收集器基本都采用分代收集算法，所以堆还被细分为这几部分：

1. 新生代：包括Eden区、Form Survivor区和To Survivor区；
2. 老年代

根据Java虚拟机规范，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只需要逻辑上连续即可。当然，堆的大小也是可以调整的，可以通过虚拟机参数-Xmx和-Xms控制。同样，在该区域，如果没有内存分配给对象实例，并且堆也无法再扩展，会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与堆一样，也是所有线程共享的内存区域，它主要用来存储已经被JVM加载的类信息、常量、静态变量等。许多熟悉gc的程序员们更喜欢把方法区称之为永久代，但是本质上它俩其实是不等价的，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队将gc分代收集扩展到了方法区。相对来说，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，这个区域的垃圾收集目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。

运行时常量池

介绍方法区不得不说的就是运行时常量池，它是方法区的一部分。Class文件中除了有类、字段、方法、接口等描述信息外，还有一个信息是常量池，常量池主要用来存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分的内容将在类加载后存放到运行时常量池中。

运行时常量池相比与Class文件常量池的一个重要特性就是具备动态性，Java并不要求常量一定只能在编译期间产生，也可以在运行期间将新的常量放入池中，这种特性最明显的使用就是String.intern方法。

注：jdk 8移除了永久代，引入MetaSpace，将大部分的类元数据直接存储在本地内存中。