Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把管理的内存划分为若干个不同的数据区域:

  • 方法区
  • 虚拟机栈
  • 本地方法栈
  • 程序计数器

程序计数器

程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时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。

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(多核处理器则是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间的计数器互不影响,这类内存区域称为“线程私有的”内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是一个Native方法。则计数器值为空

此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

Java虚拟机栈

和程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它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。

现在常见的观点更多地将Java内存粗糙地分为堆内存和栈内存。这种语境下的的“栈”指的就是虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。

局部变量表

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内部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:如果线程请求的栈深度大雨虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常:如果虚拟机栈可动态扩展,但无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryEorror异常。

本地方法栈

本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)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到语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,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。

与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

对于大多数应用来说,Java堆(Java Heap)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堆是垃圾收集管理的主要区域,从内存回收角度来看,由于现在收集器基本都采用分代收集法,所以Java堆还可细分为:新生代和老年代。

根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是扩展的。

如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区(Method Area)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后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的应该是与Java堆分开。

Java虚拟机规范对方法去对限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要连续的内存可以选择固定大小或可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。一般来说这个区域的内存回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻,但这部分区域的回收确实是必要的。

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

运行时常量池

运行时常量池(Runtime Constant Pool)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(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面变量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池存放。

对于运行时常量池,Java虚拟机规范没有做任何细节的要求。

最后修改:2020 年 10 月 19 日 05 : 36 PM