Java虚拟机

Posted 2020-11-19 swanspouse

Java内存区域

运行时数据区域

程序计数器(Program Counter Register)

• 较小的内存空间，是当前线程执行的字节码的行号的指示器。字节码解释器通过改变计数器的值来获取下一条字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复都靠它完成.
• 每个线程都有自己的一个计数器，线程之间计数器互不影响.
• 执行Native方法时，计数器不起作用，值为空（Undefined）。
• 此区域是唯一没有规定OOM的区域.

Java虚拟机栈 Java Virtual Machine Stack

• 归属线程所有，生命周期与归属的线程相同。
• 虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：
  • 方法执行时会创建栈帧（Stack Frame）存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等.
  • 方法的调用到执行完成的过程，对应其栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程.
• 局部变量表存放编译器可知的基本数据类型、对象引用；long、double因为长度为64bit，会占用两个Slot，其他则占用一个，由此可知局部变量表的内存空间在编译期就完成了分配，方法运行时不改变其大小。
• 虚拟机栈中规定的两种异常情况：
  • StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度.
  • OutOfMemoryError：虚拟机栈动态扩展内存时，无法申请到足够的内存.

本地方法栈 Native Method Stack

• 类似于虚拟机栈，区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为Native方法工作；Native方法指Java调用的C/C++语言的函数.
• 本地方法栈区域也会抛出StackOverFlowError & OutOfMemoryError异常。

Java堆 Java Heap

• JVM中内存最大的一块，所有线程共享，在虚拟机启动时创建。几乎所有对象实例、数组都在这里诞生。
• Java堆是垃圾回收的主要区域，又称GC(Garbage Collected Heap)堆。
• 当堆中没有内存分配实例，并且无法扩展时，抛出OOM异常。

• Java堆可以处于物理上的不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。

• 堆空间的内存细分：

  
  • Young Generation：新生代，包含了Eden、S0（FromSurvivor）、S1（ToSurvivor）；由于新生代上的对象存活时间很短暂，所以此区一般采用标记-清理算法GC.
  • Old Generation：老年代，经过多次GC后仍然存活的对象（每个对象都有一个对象年龄计数器），此区域采用一般采用复制算法GC；大对象，如数组，直接进入老年代.
  • Permanent：永久代，存放不变对象，类、方法、字符串等，见以下方法区。
• 堆内存的分代回收：
  1. 大多数刚创建的对象会被分配在Eden区，其中的大多数对象很快就会消亡。Eden区是连续的内存空间，因此在其上分配内存极快.
  2. 当Eden区满的时候，执行Minor GC，将消亡的对象清理掉，并将剩余的对象复制到一个存活区Survivor0（此时，Survivor1是空白的，两个Survivor总有一个是空白的）.
  3. 此后，每次Eden区满了，就执行一次Minor GC，并将剩余的对象都添加到Survivor0.
  4. 当Survivor0也满的时候，将其中仍然活着的对象直接复制到Survivor1，以后Eden区执行Minor GC后，就将剩余的对象添加Survivor1（此时，Survivor0是空白的）.
  5. 当两个存活区切换了几次（HotSpot虚拟机默认15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制，大于该值进入老年代）之后，仍然存活的对象（其实只有一小部分，比如，我们自己定义的对象），将被复制到老年代.
  6. 总结：Eden区是连续的空间，且Survivor总有一个为空；经过一次GC和复制，一个Survivor中保存着当前还活 着的对象，而Eden区和另一个Survivor区的内容都不再需要了，可以直接清空，到下一次GC时，两个Survivor的角色再互换。因此，这种方 式分配内存和清理内存的效率都极高，这种垃圾回收的方式就是著名的“停止-复制（Stop-and-copy）”清理法（将Eden区和一个Survivor中仍然存活的对象拷贝到另一个Survivor中）.

方法区 Method Area

• 所有线程共享，别名No-Heap（非堆）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。也叫Permanent Generation（永久代）；之所以名为永久代，是因为HotSpot将GC从堆延伸至了方法区。(对于其他虚拟机IBM J9等来说是不存在永久代的概念的)
• 与Java堆一样，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。
• 并非被称为永久代，其中的数据就永久了，当类型卸载、常量池回收时也会发生GC，但是比较少见。
• 当此区无法分配新内存时，抛出OOM异常。

运行时常量池 Runtime Constant Pool

• 属于方法区的一部分，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。
• 无法申请到内存时，抛出OOM异常.

直接内存

• 直接内存不是JVM运行时的一部分，但是Java可以通过NIO（New Input/Output），引入Channel和Buffer的I/O方式，它可以用native方法申请堆外内存，然后通过JVM堆中的DirectByteBuffer对象操作这块内存，此时申请内存是通过Unsafe.allocateMemory方法实现的.

对象访问

• 句柄访问方式：Java堆中分配一块内存作为句柄池，reference中存储对象的句柄地址，句柄中则包含实例数据指针和类型数据指针；此方式的好处在于句柄地址稳定，对象变动时，只需修改句柄，而reference不需改动.
• 直接指针访问方式：Java堆对象中存放访问类型数据信息，reference直接存储对象地址；这种做法的好处是速度快，节省了一次指针定位的开销.