JVM内存模型

Posted 2020-11-25 starry-skys

如果想了解JVM内存模型，首先我们要知道JVM是什么？JVM全称 Java Virtual Machine ，即Java虚拟机，是用于运行Java程序编译后的字节码文件。

JVM最常见的三种有：
1.Sun公司的 HotSpot，是目前使用最广泛的Java虚拟机。
2.BEA公司的 JRockit，后来被 Oracle收购。
3.IBM公司的 J9VM。

我们知道，Java的口号是： “Write once, run anywhere”，即一次编写，到处运行。为什么可以做到这样呢，其实就是依赖于JVM。在不同的操作系统上，只要安装了对应的虚拟机，那么同样的一份代码，就可以随意移植。

当编写完Java代码时，即产生 .Java文件，会通过Java编译器编译为.class 文件，然后通过Class Loader把类信息加载到JVM中，最后JVM再去调用操作系统。这样，只要JVM正确执行.class文件，就可以实现跨平台了。

以下即为JVM的内存模型图：

程序计数器：

程序计数器是一块较小的内存，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，即记录当前线程所执行到的字节码的行号。当字节码解释器工作时，就是通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。由此来完成分支、循环、跳转、线程恢复、异常处理等功能。

程序计数器是线程私有的（即每个线程拥有一个程序计数器），各个线程之间的程序计数器互不干扰。程序计数器的生命周期跟随线程的生命周期，若线程消亡，则程序计数器也会消亡。

如果一个线程正在执行的是Java方法，则程序计数器记录的是正在执行的字节码指令的地址；如果正在执行的是 native 本地方法，则程序计数器记录的是 Undefined .

栈

指的是Java虚拟机栈，它也是线程私有的，因此生命周期和线程相同。每当线程创建的时候，都会创建一个私有的Java虚拟机栈。Java栈中保存了局部变量和方法参数等，同时和Java方法的调用、返回密切相关。

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。每一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从入栈到出栈的过程。

本地方法栈

本地方法栈和Java虚拟机栈非常类似，它们最大的不同在于，Java虚拟机栈用于Java方法的调用，而本地方法栈用于Native本地方法的调用。

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。对于绝大多数应用来说，Java堆是JVM所管理的内存中最大的一块，几乎所有的对象实例和数组都存放在这里。

Java堆也是垃圾收集器管理的主要区域。堆中分为新生代、老年代和永久代，新生代还可细分为Eden区、From、To 区。当堆中没有内存可分配时，就会抛出OOM异常。

方法区

方法区同Java堆一样，也是所有线程共享的内存区域。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。在JDK8以前，HotSpot是用“永久代”来实现方法区的，其他虚拟机（如JRockit、J9VM）不存在永久代这个概念。这样的话，方法区可以和Java堆一样被 HotSpot的垃圾收集器所管理，不需要单独处理。

由于我们可以通过 -XX:MaxPermSize 来设置永久代大小，因此若使用永久代来实现方法区，则会有内存溢出的风险。因此，在JDk8中，取消了永久代，用元空间代替之。也就是说，用元空间来实现方法区。

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。元空间与永久代之间最大的区别在于：永久代是堆的一部分，和新生代，老年代地址是连续的。元空间并不在虚拟机中，而属于 Native Memeory（本地内存）。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。

运行时常量池

首先需要知道常量池和运行时常量池的区别。

常量池，即指class文件常量池，是class文件的一部分。java文件被编译成class文件之后，除了包含了类的版本、字段、方法、接口等描述信息，还有一项信息叫做class文件常量池。其用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。

运行时常量池是方法区的一部分。当类加载到内存中，JVM就会将class文件常量池中的内容（字面量和符号引用）存放到运行时常量池中。

Java并不要求常量一定只有在编译期才可以产生，在运行期间也可以产生新的常量并放入池中。

直接内存

Java的NIO库允许Java程序使用直接内存。直接内存是Java堆外的，直接向系统申请的一块内存空间（直接内存不属于虚拟机运行时数据区）。因此，直接内存的大小不受虚拟机的限制，只受本机内存的限制。通常访问直接内存的速度会快于访问堆的速度。