Java虚拟机学习-Java内存区域

Posted 2020-09-18

Java虚拟机内存划分为以下几个区域：

1、方法区：方法区是各个线程共享的内存区域，它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。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的是与Java堆分开来。

　　对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署的程序开发者来说，很多人更愿意把方法区称为“永久代”,本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分带手机扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省区专门为方法区编写内存管理代码的工作。

　　Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存就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。根据Java虚拟机规范，当方法区无法满足内存分配时将抛出OutOfMemoryError异常。

2、虚拟机栈：Java虚拟机栈也是线程私有的，其生命周期与线程相同，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。每个方法从调用到执行完成的过程，就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克制的各种基本数据类型、对象引用。其中64位长度的long和double类型的数据类型会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多多大的局部变量空间是完全决定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

　　在这个区域中有两种异常情况：如果线程的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。

3、本地方法栈：本地方法栈于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方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机栈规范中对方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（如HotSpot）直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一，同虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛StackOverflowError和OutOfMemoryError。

4、堆：Java堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此区域的目的是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此有时候也称为“GC堆”。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，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From、Survivor空间、To Survivor空间等。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，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的摸底是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

　　Java堆可以是物理上不连接内存空间，只要逻辑上连续即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError。

5、程序计数器：是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程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依赖这个计数器来完成。为了确保多线程切换后能够恢复到正确的位置，每一条线程都有一个独立的程序计数器，各个线程间的程序计数器互不影响，独立存储，为线程私有的内存。如果线程执行的是一个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；如果真在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是Java虚拟机规范中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。