详解Java内存区域？虚拟机类加载机制？

Posted 2021-02-02 lingqin

一、Java运行时数据区域

1、程序计数器

“线程私有”的内存，是一个较小的内存空间，它可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器。Java虚拟机规范中唯一一个没有OutOfMemoryError情况的区域。

字节码解释器工作时就说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需要依赖这个计数器来完成。

 

 

2、Java堆（Java Heap）

Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。在虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，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，因此也称为“GC堆”,如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈

本地方法栈作用与虚拟机栈相似，区别在于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，线程私有。
Native方法常用的两种请求：
①在方法中用java语言直接操作计算机硬件；

②在方法中调用一些不是有java语言写的代码；

4、Java虚拟机栈

Java 虚拟栈，线程私有的，它的生命周期与线程相同。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。通过人们所说的“栈”就说虚拟机栈，或说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型,对象引用和returnAddress类型。操作数栈和局部变量表在访问方式上存在着较大差异，操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是通过标准的入栈和出栈操作来完成一次数据访问。每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，当然操作数栈所需的容量大小在编译期就可以被完全确定下来，并保存在方法的Code属性中。

 

 

5、方法区

方法区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。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池是方法区的一部分。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，用于存储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。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用的比较多的便是String类的intern方法。

二、对象的内存布局

 

 

三、对象的访问定位

建立对象是为了使用对象，我们的Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

1、如果使用句柄访问的话，那么Java堆中将会划出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型各自的具体地址信息。

 

 

2、如果通过直接指针访问，那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象的地址。

 

 

四、对象的创建

 

 

五、类加载器

类加载器是类加载过程中加载阶段中“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二加载字节流”的加载动作。主要分为启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器，后面两类加载器由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并全部继承自抽象类java.lang.Loader。其加载顺序的实现如下图所示：

 

 

六、虚拟机类的加载机制

(一)、类加载的时机

1、类的生命周期：类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止。

 

 

上图中，加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班的开始，而解析阶段则不一定。

2、需立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）的有且只有的5种请求：

 

 

 

（二）、类加载的过程

类加载的全过程：加载、验证、准备、解析和初始化这五个阶段。