JAVA虚拟机 自动内存管理机制(一)

简介: 运行时数据区域java虚拟机在执行java程序的过程中会把他所管理的内存划分为若干个不同数据区域。有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,而有的区域依赖用户的线程的启动与结束而建立和销毁。java虚拟机所管理的内存主要包括以下几个运行时的数据区域。

运行时数据区域

java虚拟机在执行java程序的过程中会把他所管理的内存划分为若干个不同数据区域。有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,而有的区域依赖用户的线程的启动与结束而建立和销毁。java虚拟机所管理的内存主要包括以下几个运行时的数据区域。
在这里插入图片描述

程序计数器

程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器就是根据改变程序计数器的值来获取下一条需要执行的字节码指令。分支循环跳转以及异常处理线程恢复等基础功能都需要这个计数器来完成。
由于java多线程在每个特定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一个线程,因此为了使线程切换后恢复到正确的执行位置,每个线程都需要一个单独的程序计数器,独立存储,线程间互不影响,称之为“线程私有”的内存。
如果正在执行java方法,则指向的是正在执行的字节码的指令地址。如果执行的native,则这个计数器为空(undefined)。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

JVMS也是线程私有的,生命周期与线程一样。JVMS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(Stack Frame)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到执行的过程,就对应栈帧在虚拟机栈入栈到出栈的过程。
很多人把java内存分为堆内存与栈内存,这样其实比较粗略。其中的栈就是虚拟机栈或者说是其中的局部变量表的部分。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(8种基本数据类型),对象引用,以及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存空间会在编译期间完成分配,当进入一个方法时,方法需要在栈帧中确定分配多大的局部变量空间,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,对这个区域规定了两种异常状况:

  • 抛出StackOverflowError异常:线程申请的栈深度大于虚拟机所允许的深度。
  • 抛出OutOfMemoryError异常:虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够的内存。

本地方法栈

与虚拟机栈类似,不过是本地方法栈是为虚拟机中使用到的Native方法服务。也会像虚拟技栈一样抛出OutOfMemoryError和StackOverflowError异常

java堆(heap)

java堆是java虚拟机管理的内存最大的一块,是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。其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,但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,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,所有的对象在堆上分配也变得没有那么“绝对”了。
java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称为“GC堆”。从内存分配的角度来看,线程共享的java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)但是每个区域存储的仍是对象实例,这样只是为了更好的回收内存或者更好的分配内存。
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。在实现时,既可以是固定大小的也可以是可扩展的(通过-Xmx和-Xms来控制)。如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆无法再扩展时,会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与java堆一样也是各个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。java虚拟机规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是他还有一个别名叫非堆(Non-Heap)目的应该是与java堆相区分。
java虚拟机规范对方法区的限制非常的宽松,除了和java堆一样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。相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,主要是针对常量池的回收和类型的卸载。一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻,但是这部分的回收也是必要的。
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,将抛出OutOfMemoryError异常。

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,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中存放。
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,也就是并非预置入Class文件中的常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中。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,自然会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OutOfMemoryError异常。

直接内存

直接内存(Direct Memory)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,也可以导致OutOfMemoryError异常的出现。

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