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java虚拟机之内存模型

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 firepation
发布于 08/18 11:01
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1. 概述

对于从事 C、C++ 程序开发的人员来说,在内存管理领域,他们既是拥有最高权力的「皇帝」又是从事基础工作的「劳动人民」 --- 既拥有每个对象的「所有权」,又担负着每一个对象生命开始到终结的维护责任。

但是对于 java 程序员来说,在虚拟机自动内存管理机制的帮助下,不需要再为每一个 new 操作写配对的 delete/free 代码,不容易出现在内存泄漏和内存溢出问题,由虚拟机管理内存这一切看起来都很美好。不过,也正是因为 java 程序员把内存控制的权利交给了 java 虚拟机,一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题,如果不了解虚拟机是怎么使用内存的,那么排查错误将会成为一项非常艰难的工作。下面,我们了解一下 java 虚拟机的内存模型。

2. 运行时数据区域

在运行 java 程序中虚拟机会把内存划分为不同的数据区域,这些区域有各自的用途以及创建和销毁时间。按照规定,java 虚拟机包括以下几个运行时内存区域。 内存模型

2.1 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看成是当前线程所执行字节码的行号指示器。也就是说,在当前线程中,下一条需要执行的语句,比如分支、循环、跳转、异常处理,是由它来引导的。

由于 java 支持多线程,为了保证线程切换之后还能够顺利运行,每个线程都会有一个独立的程序计数器,各个线程之间的计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为**「线程私有」**的内存。它是唯一一个在 java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2.2 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,它描述的是 java 方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时会创建一个 栈帧,用于存储变量表、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,就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译时可知的各种数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用和 returnAddress 类型。局部变量表所需要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大的局部变量空间是完全确定的,在运行期间不会改变。

对于这个区域,如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度,将抛出 StackOverflowError 异常。大多数虚拟机都支持虚拟机栈的动态扩展,如果扩展无法申请到足够的内存,就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.3 本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,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 Native 方法服务。有的虚拟机甚至直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

2.4 java堆

java 对(java Heap)是 java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,是被所有线程共享的一块内存区域,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

java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候被称为「GC堆」。java 堆内存还会有进一步的细分,这都是为了更好地回收内存,或者更快地分配内存。

根据 java 虚拟机规范的规定,java 堆可以是处于物理上不连续的内存空间,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。当对中没有内存完成实例分配时,并且堆也无法再扩展时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

2.5 方法区

方法区和 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。java 虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,其不需要连续的内存和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,因为垃圾收集行为在这个区域出现的比较少,而且垃圾回收的「成绩」也难以令人满意。

注:在 JDK1.7 以后的版本中,已经把原本放在方法区的字符串常量池移除。

2.6 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中除了有各类的版本、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。

运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,java 语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,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得比较多的是 String 类的 intern 方法。

以上就是 java 虚拟机的内存模型,主要内容摘自《深入理解 java 虚拟机》这本书。

© 著作权归作者所有

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