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Java運行時內存劃分

png 過多 虛擬機 緩沖區 分配 編譯期 其余 所有 一個

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其中:

1,程序計數器(Program Counter Register):程序計數器是一個比較小的內存區域,用於指示當前線程所執行的字節碼執行到了第幾行,可以理解為是當前線程的行號指示器。字節碼解釋器在工作時,會通過改變這個計數器的值來取下一條語句指令。

  每個程序計數器只用來記錄一個線程的行號,所以它是線程私有(一個線程就有一個程序計數器)的。

  如果程序執行的是一個Java方法,則計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令地址;如果正在執行的是一個本地(native,由C語言編寫 完成)方法,則計數器的值為Undefined,由於程序計數器只是記錄當前指令地址,所以不存在內存溢出的情況,因此,程序計數器也是所有JVM內存區 域中唯一一個沒有定義OutOfMemoryError的區域。

2,虛擬機棧(JVM Stack):一個線程的每個方法在執行的同時,都會創建一個棧幀(Statck Frame),棧幀中存儲的有局部變量表、操作站、動態鏈接、方法出口等,當方法被調用時,棧幀在JVM棧中入棧,當方法執行完成時,棧幀出棧。

  局部變量表中存儲著方法的相關局部變量,包括各種基本數據類型,對象的引用,返回地址等。在局部變量表中,只有long和double類型會占 用2個局部變量空間(Slot,對於32位機器,一個Slot就是32個bit),其它都是1個Slot。需要註意的是,局部變量表是在編譯時就已經確定 好的,方法運行所需要分配的空間在棧幀中是完全確定的,在方法的生命周期內都不會改變。

  虛擬機棧中定義了兩種異常,如果線程調用的棧深度大於虛擬機允許的最大深度,則拋出StatckOverFlowError(棧溢出);不過多 數Java虛擬機都允許動態擴展虛擬機棧的大小(有少部分是固定長度的),所以線程可以一直申請棧,知道內存不足,此時,會拋出 OutOfMemoryError(內存溢出)。

  每個線程對應著一個虛擬機棧,因此虛擬機棧也是線程私有的。

3,本地方法棧(Native Method Statck):本地方法棧在作用,運行機制,異常類型等方面都與虛擬機棧相同,唯一的區別是:虛擬機棧是執行Java方法的,而本地方法棧是用來執行native方法的,在很多虛擬機中(如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機),會將本地方法棧與虛擬機棧放在一起使用。

  本地方法棧也是線程私有的。

4,堆區(Heap):堆區是理解Java GC機制最重要的區域,沒有之一。在JVM所管理的內存中,堆區是最大的一塊,堆區也是Java GC機制所管理的主要內存區域,堆區由所有線程共享,在虛擬機啟動時創建。堆區的存在是為了存儲對象實例,原則上講,所有的對象都在堆區上分配內存(不過現代技術裏,也不是這麽絕對的,也有棧上直接分配的)。

  一般的,根據Java虛擬機規範規定,堆內存需要在邏輯上是連續的(在物理上不需要),在實現時,可以是固定大小的,也可以是可擴展的,目前主 流的虛擬機都是可擴展的。如果在執行垃圾回收之後,仍沒有足夠的內存分配,也不能再擴展,將會拋出OutOfMemoryError:Java heap space異常。

  關於堆區的內容還有很多,將在下節“Java內存分配機制”中詳細介紹。

5,方法區(Method Area):在Java虛擬機規範中,將方法區作為堆的一個邏輯部分來對待,但事實 上,方法區並不是堆(Non-Heap);另外,不少人的博客中,將Java GC的分代收集機制分為3個代:青年代,老年代,永久代,這些作者將方法區定義為“永久代”,這是因為,對於之前的HotSpot Java虛擬機的實現方式中,將分代收集的思想擴展到了方法區,並將方法區設計成了永久代。不過,除HotSpot之外的多數虛擬機,並不將方法區當做永 久代,HotSpot本身,也計劃取消永久代。本文中,由於筆者主要使用Oracle JDK6.0,因此仍將使用永久代一詞。

  方法區是各個線程共享的區域,用於存儲已經被虛擬機加載的類信息(即加載類時需要加載的信息,包括版本、field、方法、接口等信息)、final常量、靜態變量、編譯器即時編譯的代碼等。

  方法區在物理上也不需要是連續的,可以選擇固定大小或可擴展大小,並且方法區比堆還多了一個限制:可以選擇是否執行垃圾收集。一般的,方法區上 執行的垃圾收集是很少的,這也是方法區被稱為永久代的原因之一(HotSpot),但這也不代表著在方法區上完全沒有垃圾收集,其上的垃圾收集主要是針對 常量池的內存回收和對已加載類的卸載。

  在方法區上進行垃圾收集,條件苛刻而且相當困難,效果也不令人滿意,所以一般不做太多考慮,可以留作以後進一步深入研究時使用。

  在方法區上定義了OutOfMemoryError:PermGen space異常,在內存不足時拋出。

  運行時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分,用於存儲編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用(符號引用就是編碼是用字符串表示某個變量、接口的位置,直接引用就是根據符號引用翻譯出來的地址,將在類鏈接階段完成翻譯);運行時常量池除了存儲編譯期常量外,也可以存儲在運行時間產生的常量(比如String類的intern()方法,作用是String維護了一個常量池,如果調用的字符“abc”已經在常量池中,則返回池中的字符串地址,否則,新建一個常量加入池中,並返回地址)。

6,直接內存(Direct Memory):直接內存並不是JVM管理的內存,可以這樣理解,直接內存,就是 JVM以外的機器內存,比如,你有4G的內存,JVM占用了1G,則其余的3G就是直接內存,JDK中有一種基於通道(Channel)和緩沖區 (Buffer)的內存分配方式,將由C語言實現的native函數庫分配在直接內存中,用存儲在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。 由於直接內存收到本機器內存的限制,所以也可能出現OutOfMemoryError的異常。

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