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Java 虚拟机运行时的数据区域（简单理解）

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Duke Lu

Java 虚拟机运行时的数据区域图示​

Java 虚拟机运行时的数据区域

程序计数器（Program Counter Register）​

简单理解：线程私有、行号指示器

程序计数器：是一小块内存区域，它可以看作是当前线程所执行字节码的行号指示器。 字节码解释器工作时，就是通过改变程序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要依赖程序计数器来完成。

  • 记录的内容 执行一个 Java 方法：记录的是，正在执行的虚拟机字节码指令的地址 执行一个 Native 方法：计数器的值为空

  • 异常 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（Java Virtual Machine Stacks）​

简单理解：线程私有、描述 Java 方法执行过程

虚拟机栈：描述 Java 方法执行的内存模型。它的生命周期同线程。 每个方法执行的时候都会创建一个栈桢，每个方法的调用直至执行完成，就对应一个栈桢在虚拟机栈中入栈到出栈道过程

  • 栈桢（Stack Frame）：存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口等信息

  • 局部变量表：存放编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型

  • 异常 StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度时，抛出 OutOfMemoryError：虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够内存时，抛出

本地方法栈（Native Method Stack）​

简单理解：线程私有、描述 Native 方法执行过程

本地方法栈：与 Java 虚拟机栈发挥到作用非常相似。 虚拟机栈：为虚拟机执行 Java 方法服务；本地方法栈：为虚拟机执行 Native 方法服务

  • 异常 StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度时，抛出 OutOfMemoryError：虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够内存时，抛出

Java 堆（Java Heap）​

简单理解：线程共享、存放对象实例

Java 堆：被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。 Java 堆内存区域的唯一目的就是：存放对象实例（但，对象实例都分配在堆上，不是绝对的） Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候也被称为“GC堆（Garbage Collected Heap）” 根据 Java 虚拟机规范规定：Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可

  • 堆内存划分 分代收集法的角度： 新生代、老年代（细致一点：Eden 空间、From Survivor空间、To Survivor空间等）

内存分配的角度： 线程共享的 Java 堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）

  • 异常 OutOfMemoryError：堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，抛出

方法区（Method Area）​

简单理解：线程共享、存放对象实例以外的数据

方法区：与 Java 堆一样，被所有线程共享的一块内存区域。 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 类信息：存储类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等 习惯在 HotSpot 虚拟机上开发、部署的开发者，更愿意将方法区称为“永久代（Permanent Generation）”

  • 垃圾回收的目标 对常量池的回收、对类型的卸载

  • 异常 OutOfMemoryError：方法区无法满足内存分配时，抛出

运行时常量池（Runtime Constant Pool Table）​

简单理解：线程共享、存放字面量、符号引用、直接引用

运行时常量池：方法区的一部分。 Class 文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息；还有一项信息，便是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和字符引用，这部分内容（常量池）将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。 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。

  • 动态性 Java 语言并不要求常量一定只在编译期产生，运行期间也可能将新的常量放入池中。（比如：String 的 intern() 方法）

  • 异常 OutOfMemoryError：常量池无法再申请到内存时，抛出

直接内存（Direct Memory）​

直接内存：这块内存区域，不是虚拟机运行时的数据区域的一部分，也不是 Java 虚拟机规范中定义的内存区域。 Nio 操作时，为提高效率，避免在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据，运行直接操作堆外内，即直接内存。

  • 异常 OutOfMemoryError：虚拟机设置的内存大于物理内存限制，虚拟机内存动态扩展时无法达到设置值时，抛出

总结一下​

概念及要点​

  • 程序计数器：字节码的行号指示器 Java 方法：记录字节码指令的地址 Native 方法：记录值为空

  • 虚拟机栈：Java 方法调用的内存模型 存放栈桢；栈桢相当于是对方法的描述 栈桢：存储局部变量表、操作数栈、动态链表、方法出口等信息 局部变量表：存放编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型

  • 本地方法栈：Native 方法调用的内存模型

  • 堆：存储对象实例的内存空间 存放实例对象；物理地址可以不连续 堆内存划分：新生代、老年代（Eden 空间、From Survivor空间、To Survivor空间）；本地线程分配缓冲

  • 方法区：存储对象实例以外数据的内存空间 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 类信息：存储类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等 运行时常量池：存放 Class 文件中的常量池（包含：字面量、符号引用）、直接引用；具有动态性

同步策略​

  • 线程私有：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
  • 线程共享：堆、方法区

异常​

  • 程序计数器：无异常
  • 虚拟机栈：StackOverflowError、OutOfMemoryError
  • 本地方法栈：StackOverflowError、OutOfMemoryError
  • 堆：OutOfMemoryError
  • 方法区：OutOfMemoryError
  • 直接内存：OutOfMemoryError

参考：《深入理解Java虚拟机》