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java虚拟机所管理的内存包括的运行时数据区域

liddblog
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发布于 2017/01/04 16:11
字数 2008
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1.程序计数器

      程序计数器是一块较小的内存空间,他可以看作是当前线程执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作室就是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。由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器都只会执行一条线程的指令,因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储。若线程正在执行的是一个java方法,这个计数器值记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址:若正在执行的是Natice方法,这个计数器值为空,此内存区域是唯一一个java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

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,他的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,每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。我们一般说的栈其实多指的是虚拟机栈或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。
    局部变量表存放了变异期克制的各种基本数据类型(byte,short,int,long,boolean,char,float.double)、对象引用(它不同于对象本身,可能是一个执行对象其实地址的引用指针,也可能是执行一个代表对象的句柄或其他此对象相关的位置)。其中64为长度的long和double类型数据会占用2个局部变量空间,其余的数据类型只会占用1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大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在java虚拟机规范中,对着个区域规定了两种异常状况,如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,讲抛出StackOverFlowError异常,如果虚拟机栈可以动态扩展,若扩展时无法请求到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

3.本地方法栈

      本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用是非常相似的,他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,在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用的方法与数据结构并没有什么强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4.java堆

      对于大多数应用来说,java堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块。java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域唯一的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。这一点在java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么绝对了。
    java堆是垃圾回收器管理的主要区域,因此很多时候也被称为GC堆。根据java虚拟机规范的规定,java堆可以处理物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上连续即可,就像我们的磁盘空间一样,在实现是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。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且对也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

5.方法区

      方法区域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、及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一堆的一个逻辑部分,但是他却有一个别名Non-Heap(非堆),目的应该是与java堆区分开来。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和可以固定大小或者可扩展外,还可以选择不识闲卡机收集hi,相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的。根据java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,讲抛出OutOfMemoryError异常。

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。
    java虚拟机堆Class文件每一部分的格式都有严格的规定,每一个字节用于存储那种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可,装载和可执行,但对于运行时常量池,java虚拟机规范么有做任何细节的要求,不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需求来实现这个内存区域,不过一般来说,除了保存Class文件中描述的符号引用外,还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
    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,也就是并非预制入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将信息常量放入池中,这种特性被开发人员利用的比较多的便是String类的intern()方法。
    既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemeryError异常。

7.直接内存

      直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是java虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁的使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

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