Java 8 的内存结构

Java8内存结构图

虚拟机内存与本地内存的区别

Java虚拟机在执行的时候会把管理的内存分配成不同的区域，这些区域被称为虚拟机内存，同时，对于虚拟机没有直接管理的物理内存，也有一定的利用，这些被利用却不在虚拟机内存数据区的内存，我们称它为本地内存，这两种内存有一定的区别：

JVM内存

• 受虚拟机内存大小的参数控制，当大小超过参数设置的大小时就会报OOM

本地内存

• 本地内存不受虚拟机内存参数的限制，只受物理内存容量的限制
• 虽然不受参数的限制，但是如果内存的占用超出物理内存的大小，同样也会报OOM

java运行时数据区域

java虚拟机在执行过程中会将所管理的内存划分为不同的区域，有的随着线程产生和消失，有的随着java进程产生和消失。

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器就是当前线程所执行的字节码的行号指示器，通过改变计数器的值，来选取下一行指令，通过他来实现跳转、循环、恢复线程等功能。

• 在任何时刻，一个处理器内核只能运行一个线程，多线程是通过线程轮流切换，分配时间来完成的，这就需要有一个标志来记住每个线程执行到了哪里，这里便需要到了程序计数器。
• 所以，程序计数器是线程私有的，每个线程都有自己的程序计数器。

虚拟机栈（JVM Stacks）

虚拟机栈是线程私有的，随线程生灭。虚拟机栈描述的是线程中的方法的内存模型：

每个方法被执行的时候，都会在虚拟机栈中同步创建一个栈帧（stack frame）。

每个栈帧的包含如下的内容

• 局部变量表

• 局部变量表中存储着方法里的java基本数据类型（byte/boolean/char/int/long/double/float/short）以及对象的引用（注：这里的基本数据类型指的是方法内的局部变量）

• 操作数栈

• 动态连接

• 方法返回地址

方法被执行时入栈，执行完后出栈

虚拟机栈可能会抛出两种异常：

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所规定的栈深度，则会抛出StackOverFlowError即栈溢出
• 如果虚拟机的栈容量可以动态扩展，那么当虚拟机栈申请不到内存时会抛出OutOfMemoryError即OOM内存溢出

本地方法栈（Native Method Stacks）

本地方法栈与虚拟机栈的作用是相似的,都会抛出OutOfMemoryError和StackOverFlowError，都是线程私有的，主要的区别在于：

• 虚拟机栈执行的是java方法
• 本地方法栈执行的是native方法

Java堆（Java Heap）

java堆是JVM内存中最大的一块，由所有线程共享,是由垃圾收集器管理的内存区域，主要存放对象实例，当然由于java虚拟机的发展，堆中也多了许多东西，现在主要有：

• 对象实例

• 类初始化生成的对象
• 基本数据类型的数组也是对象实例

• 字符串常量池

• 字符串常量池原本存放于方法区，jdk7开始放置于堆中。
• 字符串常量池存储的是string对象的直接引用，而不是直接存放的对象，是一张string table

• 静态变量

• 静态变量是有static修饰的变量，jdk7时从方法区迁移至堆中

• 线程分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer）

• 线程私有，但是不影响java堆的共性
• 增加线程分配缓冲区是为了提升对象分配时的效率

java堆既可以是固定大小的，也可以是可扩展的（通过参数-Xmx和-Xms设定），如果堆无法扩展或者无法分配内存时也会报OOM。

方法区(Method Area)

方法区是所有线程共享的内存，在java8以前是放在JVM内存中的，由永久代实现，受JVM内存大小参数的限制，在java8中移除了永久代的内容，方法区由元空间(Meta Space)实现，并直接放到了本地内存中，不受JVM参数的限制（当然，如果物理内存被占满了，方法区也会报OOM），并且将原来放在方法区的字符串常量池和静态变量都转移到了Java堆中，方法区与其他区域不同的地方在于，方法区在编译期间和类加载完成后的内容有少许不同，不过总的来说分为这两部分：

类元信息（Klass）

• 类元信息在类编译期间放入方法区，里面放置了类的基本信息，包括类的版本、字段、方法、接口以及常量池表（Constant Pool Table）
• 常量池表（Constant Pool Table）存储了类在编译期间生成的字面量、符号引用

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

• 运行时常量池主要存放在类加载后被解析的字面量与符号引用，但不止这些
• 运行时常量池具备动态性，可以添加数据，比较多的使用就是String类的intern()方法

直接内存

直接内存位于本地内存，不属于JVM内存，但是也会在物理内存耗尽的时候报OOM。

Native方法

由于java是一门高级语言，离硬件底层比较远，有时候无法操作底层的资源，于是，java添加了native关键字，被native关键字修饰的方法可以用其他语言重写，这样，我们就可以写一个本地方法，然后用C语言重写，这样来操作底层资源。当然，使用了native方法会导致系统的可移植性不高，这是需要注意的。