Java8-JVM内存区域划分白话解读

前言

java作为一款能够自动管理内存的语言，与传统的c/c++语言相比有着自己独特的优势。虽然我们无需去管理内存，但为了防范可能发生的异常，我们需要对java内部数据如何存储有一定了解，已应对突发问题，写出更好的程序

JVM对运行时程序内存的划分

java程序在被编译成字节码后，由JVM执行，执行期间产生的所有数据，会被分门别类的存储在JVM预设好的区域里，具体情况如下所示

java6时方法区还属于JVM管理的内存，那时俗称为“永久代”，负责存储：被虚拟机加载的类型信息、方法信息、常量（包括字符串常量）、静态变量等等

java7时把永久代里的字符串常量池、静态变量移动到了堆中

java8废除永久代，改用元空间来实现方法区，原来java7中永久代的剩余内容移动到元空间中

以下为java8的内存分布图

Tips：红色是线程共享的，黄色是线程私有的

接下来我们着重讨论Java8中的内存分布情况

JVM管理的内存

这部分内存在JVM中，由JVM直接分配，初始大小、最大大小都可以由JVM进行配置

程序计数器

是一段较小的内存空间，用于告诉字节码解释器下一条执行哪一个字节码指令。是唯一一个在《java虚拟机规范》没有规定任何OutOfMemoryError的区域

每条线程必须有独立的程序计数器，以确保切换线程时，线程可以在正确的位置继续执行字节码

Tips：当执行Native方法时，计数器值为空(undefined)

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虚拟机栈

我们平常俗称的栈指的就是虚拟机栈，用来描述和存储Java方法的内存模型。里面的数据生命周期在编译时就已经确定了，比如局部变量方法调用结束就该释放，内存很容易管理，所以并不是很依赖GC

具体行为：

每当执行一个方法时，JVM就会创建一个栈帧放进虚拟机栈中

栈帧的内容包括但不限于：

1. 局部变量表（也包括形参）
   • 八大基本数据类型
   • 引用类型（直接指针或者句柄，由具体的JVM实现决定）
   • returnAddress类型 （用于方法结束回到原来的字节码位置继续执行）
2. 操作数栈
   • 开始时是空的，运行后逐渐入栈出栈，比如算数运算就是操作数栈进行的
3. 动态连接
4. 方法出口

直到方法执行结束，JVM就会将此方法的栈帧出栈

显然，如果多个线程共用同一虚拟机栈，会出现某个线程的方法还没执行完毕，又被另一线程的栈帧入栈，破坏了方法数据结构。所以虚拟机栈是线程私有的

returnAddress作用

用于执行完方法后回到调用方法的位置继续往下执行

当一个栈帧入栈时，returnAddress保存当前程序计数器的值，即当前字节码位置，然后开始执行方法，方法执行结束后，用returnAddress的值恢复程序计数器，即回到调用方法时的字节码位置

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本地方法栈

几乎与虚拟机栈一样的作用，其区别是，本地方法栈为本地Native方法服务，通常是本地的C/C++库的方法，而虚拟机栈是为java方法服务的

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堆区

通常是JVM中最大的内存区域，也是垃圾收集器GC最经常光顾的区域，里面的数据生命周期无法在编译时确定，需要GC来帮助判断是否是“死亡变量”，以回收没必要的内存。

存储的内容：

1. 对象的实例
2. 数组
3. 字符串常量池
   • 物理上在堆区，逻辑上是方法区的内容
4. 静态变量
   • 物理上在堆区，逻辑上是方法区的内容

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本地内存

默认情况使用大小只受限于本地内存的实际大小

但我们任可以通过JVM配置限制使用大小

这里面的数据一般不经常变动，存放在这里被JVM间接管理较为合适（间接管理速度肯定比JVM内部的慢些）

方法区（元空间）

java8使用元空间来实现的方法区，《Java虚拟机规范》中方法区为堆区的逻辑部分，堆中的对象依靠方法区存储的类信息来生成实例

存储的内容：

1. 运行时常量池
   • 字面量
   • 符号引用
2. 类信息
   • 类型
     • 完整名
     • 修饰符
     • 父类、接口信息
   • 域
     • 名称
     • 类型
   • 方法
     • 名称
     • 参数
     • 返回值
     • 字节码

以上包含了一些有代表性的内容，并不代表方法区存储的全部内容

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直接内存

此部分并不常用，至少对我目前来说。

在jdk1.4中加入了NIO（New Input/Putput）类，引入了一种基于通道（channel）与缓冲区（buffer）的新IO方式，它可以使用native函数直接分配堆外内存，然后通过存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样可以在一些场景下大大提高IO性能，避免了在java堆和native堆来回复制数据。--《深入理解java虚拟机》

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