深入理解Java虚拟机 - 虚拟机内存划分

在内存管理方面，Java相对于C和C++的区别在于Java具有内存动态分配以及垃圾收集技术，但平时我们很少去关注JVM的内存结构以及GC，在出现内存泄露或溢出方面的问题，排查工作将变得异常艰难。

 

        1. 运行时数据区域

 

                Java虚拟机在执行Java程序时会将其管理的内存按照用于划分为若干个不同的数据区域，这些区域有着各自不同的生命周期。根据《JAVA虚拟机规范》，Java虚拟机管理的内存会包含以下几个区域。其中可以分为共享内存区以及线程隔离数据区两个部分。

 

　　　　　　

                

        2. 程序计数器

 

                程序计数器是一个非常小的内存空间，可以看做当前线程执行的字节码的行号指示器。在虚拟机中，程序的执行，跳转，循环等都需要该计数器的值来选取下一条要执行的指令。程序计数器占用的内存空间非常小，而且通常不会出现OOM或SOF等。

 

                但需要注意的是，程序计数器如果正在执行一个Java方法，则其中保存的是下一条指令的地址；如果执行的是Natvie方法，则为空。

 

        3. JAVA 虚拟机栈

 

                同程序计数器一样，虚拟机栈也是线程私有的，其周期与线程的生命周期相同，其描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直到执行完成的过程就对应着一个虚拟机栈从入栈到出栈的过程。

 

                Java内存区通常习惯被分为堆和栈，这种划分方法实际上是比较粗略的，此时所谓的栈就是虚拟机栈。

 

                局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型，对象引用和returnAddress类型。

 

                需要注意的是，局部变量表所需的内存空间在编译期内完成分配，当进入一个方法时，这个方法在帧中分配多大的内存空间是完全确定的，在运行时也不会改变。

 

                在JAVA虚拟机规范中，定义了两种异常：如果线程请求深度大于虚拟机允许深度，则会抛出StackOverflowError异常；如果扩展无法申请到足够内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

 

                由-Xss设定栈大小

 

// 虚拟机栈和本地方法栈的大小 = 线程允许最大内存 - 最大堆容量 - 最大方法区容量
// 在多线程时，给每个线程分配的栈越大，越容易出现异常

 

        4. 本地方法栈

 

                本地方法栈只为虚拟机使用的Native方法服务，其他类似于虚拟机栈

 

        5. 堆

 

                Java Heap是java内存管理中最大的一部分，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的实例。

 

                Java Heap是GC的主要区域，有时候会被成为“GC堆”。Java堆还可以进行细分：新生代和老年代：再细致一点可以划分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。虽然被划分为多个空间，其存放的仍是对象，目的是为了更好更快的回收内存。

 

                Java堆可以位于不连续的内存空间上，并且可以通过配置进行扩展 -Xmx 和-Xms控制，如果在堆中没有完成内存分配，而且也无法扩展时，会抛出"OutOfMemoryError“异常。

 

                示例：

　　　

// 堆溢出
// -Xmx 堆最大值
// -Xms 堆最小值
// -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 设置虚拟机在异常时转储当前内存堆
// 可以使用Eclipse Memory Analyzer 对转储的堆进行分析

 

        6. 方法区

 

                方法区也是线程共享的内存区域，用于存储加载的类，常量，静态变量和即时编译器编译后的代码。

 

                对于使用HotSpot虚拟机的开发人员来说，其通常将其称为永久代，意为方法区内较少出现垃圾收集，主要是对常量的清理和类的卸载，但回收的内存的效果较其他内存区域要差。

 

        7. 运行时常量池

 

                Runtime constant pool是方法区的一部分，其中会保存在class文件中的字面量和符号引用，常量池在运行时也可以将数据导入

 

        8. 直接内存

 

                直接内存并非虚拟机运行内存的一部分，是属于运行环境的内存区域。

 

                如JAVA引入的NIO，可以直接操作本机内存，虽然不再受JVM堆大小的限制，但仍然受运行环境内存限制，当超限时，也会抛出OOM异常。

 

        9. 对象访问

 

                Object obj = new Object()

 

                Object obj 将会反映在Java栈的本地变量表中，作为一个reference类型数据出现。

 

                new Object 将会反应在堆中，并分配一块堆的结构化内存

 

                java访问对象可能采用直接访问后者句柄访问两种方式，其中直接访问方式速度快，句柄访问稍慢，但句柄中存放稳定的句柄地址。