深刻理解JVM虛擬機：（一）Java運行時數據區域

時間 2019-11-06

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概述

JVM是Java語言的精髓所在，由於它Java語言實現了跨平臺運行，以及自動內存管理機制等，本文將從概念上介紹JVM內存的各個區域，說明個區域的做用。html

JVM運行時數據區模型

Java虛擬機在執行Java程序的過程當中會把它所管理的內存劃分紅若干個不一樣的數據區域，這些數據區域都有各自的用途，以及建立和銷燬時間，Java虛擬機所管理的內存將會包括如下幾個運行時數區域java

程序計數器

程序計數器是一塊比較小的內存空間，它能夠看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型裏，字節碼解釋器工做時就是經過改變這個計數器的值來選取下一條須要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都須要依賴這個計數器來完成。程序員

因爲Java虛擬機的多線程是經過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個肯定的時間，一個處理器都只會執行一條線程中的指令。所以，爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每條線程都須要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲，咱們稱這類內存區域爲「線程私有」的內存。算法

若是線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；若是正在執行的是Native方法，這個計數器值則爲空。此內存區域是惟一一個在Java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。數據結構

Java虛擬機棧

與程序計數器同樣，Java虛擬機棧也是線程私有的，它的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型，每一個方法在執行的同時都會建立一個棧幀用於存儲局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息，每個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。多線程

常常有人把Java內存區分爲堆內存和棧內存，這種分發比較粗糙，Java內存區域的劃分實現上遠比這個複雜。這種劃分方式比較流行只能說明大多數程序員最關注的，與對象內存分配關係最密切的內存區域就是這兩塊。所指的「堆」在後面會講到，所指的「棧」就是如今正在說的虛擬機棧，或者說是虛擬機棧中的局部變量表部分。jvm

局部變量表存放了編譯期可知的各類基本數據類型（boolean、byte、short、char、int、float、long、double）、對象引用（reference類型）和returnAddress類型。函數

其中64位長度的long和double類型的數據會佔用兩個局部變量空間，其他的數據類型只佔用一個。局部變量表所需的內存空間在編譯器期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法所須要在棧幀中分配多大的局部變量空間是徹底肯定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。性能

在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常；若是虛擬機能夠動態擴展，若是擴展時沒法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。優化

本地方法棧

本地方法棧與虛擬機棧所發揮的做用是很是類似的，它們之間的區別不過是虛擬機棧位虛擬機執行Java方法服務，而本地方法棧則爲虛擬機使用到的Native方法服務。在虛擬機規範中堆本地方法棧中的方法使用的語言、使用的方式與數據結構沒有強制的規定，所以具體的虛擬機能夠自由實現它。

有些虛擬機（例如hotSpot）直接將本地方法棧與虛擬機棧合二爲一；同時，與虛擬機棧同樣，本地方法棧區也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常

關於JAVA678，本地方法棧的區別：https://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html

Java堆

對於大多數應用來講，Java堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被全部線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時建立。此內存區域的惟一目的就是存放對象順利，幾乎全部的對象實力都在這裏進行分配。這一點Java虛擬機規範中的描述是：全部的對象實例以及數據都要在堆上分配，可是隨着JIT編譯器的發展和逃逸分析技術逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會致使一些微妙的變化發生，全部的對象都分配在多少也逐漸變得不是那麼「絕對」了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，所以不少時候也被成爲」GC堆」。從內存回收的角度來看，因爲如今的收集器基本上都採用分代收集算法，因此Java堆還能夠細分爲：新生代和老年代；再細緻一點能夠分爲Eden空間、From Survivor空間、To survivor空間等。從內存分配的角度來看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩衝區，不過不管如何劃分，都與存放內容無關，不管哪一個區域，存儲的都依然是對象實例，進一步劃分的目的是爲了更好地回收內存，或者更快的分配內存。在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

方法區

方法區與Java堆同樣，是各個線程共享的內存區域，它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。雖然Java虛擬機規範把方法區描述爲堆的一個邏輯部分，可是它卻有一個別名叫作「非堆」，目的應該是與Java堆區分開來。

不少人都願意把方法區稱爲永久代，本質上二者並不等價，僅僅是由於HotSpot虛擬機的設計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區而已，這樣HotSpot的垃圾收集器能夠像管理Java堆同樣管理這部份內存，可以省去專門爲方法區編寫內存管理代碼的工做。對於其餘虛擬機，不存在永久代的概念。原則上，如何實現方法區是屬於虛擬機的實現細節，不受虛擬機規範束縛。

垃圾收集行爲在這個區域是比較少出現的；這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載。通常來講，這個區域的回收「成績」比較難以使人滿意；尤爲是類型的卸載，條件至關苛刻。
Java虛擬機規範對方法區的限制很是的寬鬆，除了和Java堆同樣不須要連續的內存和能夠選擇固定大小或者可擴展意外，還能夠選擇不實現垃圾收集，相對而言，垃圾收集行爲在這個區域是比較少出現的，但並不是數據進入了方法區就如永久代的名字同樣「永久」存在了。這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和堆類型的卸載，通常來講，這個區域的回收確實是必要的。當方法區沒法知足內存分配的需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

運行常量池

運行常量池是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用於存放編譯器生成的各個字面量和符號引用，這部門內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池存放。

Java虛擬機堆Class文件每一部分的格式都有嚴格的規定，每個字節用於存儲哪一種數據都必須符合規範上的要求才會被虛擬機承認、裝載和執行，但對於運行時常量池，Java虛擬機規範每個作任何細節上的要求，不一樣的供應商實現的虛擬機能夠按照本身的要求來實現這個內存區域。不過，通常來講，除了保持Class文件中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行常量池中。

運行常量池相對於Class文件常量池的另一個重要特性是具有動態性，Java語言並不要求常量必定只有在編譯期才能生成，也就是並不是預置入Class文件中的常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將心的常量放入池中，這種特性被開發人員利用的比較多的就是String類的intern()方法。

常量池沒法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。