JVM內存模型/內存空間

Java虛擬機JVM運行起來，就會給內存劃分空間，這塊空間成為運行時數(shù)據(jù)區(qū)。

運行時數(shù)據(jù)區(qū)主要劃分為以下 6個 ：

① 程序計數(shù)器 （Program Counter Register）

• 一塊較小的內存空間，可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器
• 線程私有的內存
• 值得注意的是：《Java虛擬機規(guī)范》中，唯一一個沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域?。。?/li>

程序計數(shù)器也可以稱為PC寄存器，通俗的講就是指令緩存，它主要用來緩存當前程序執(zhí)行的下一條指令的地址，CPU根據(jù)這個地址找到將要執(zhí)行的指令。這個寄存器是JVM內部實現(xiàn)的，不是物理概念上的計數(shù)器，不過和JVM的實現(xiàn)邏輯一樣。

② Java虛擬機棧 （VM Stack） 

• Java方法執(zhí)行的線程內存模型
• 每一個線程運行起來的都會對應一個棧（線程棧），棧中的數(shù)據(jù)是該線程獨有的，不會產生資源共享的情況，因此線程棧是線程安全的。
• 棧當中存放的是棧幀 
  • 每個Java方法的執(zhí)行對應著一個棧幀的進棧和出棧的操作
  • 當線程調用方法時，就形成一個棧幀，并將這個棧幀進行壓棧操作，方法執(zhí)行完之后進行出棧操作。
  • 這個棧幀中包括：局部變量、操作數(shù)棧、指向當前方法對應類的常量池引用、方法返回地址等信息
• 為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務
• 線程私有的內存
• 其生命周期與線程相同
• 兩類異常：
  • 如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常
  • 如果JVM棧容量可以動態(tài)擴展，當棧擴展時無法申請到足夠的內存時，會拋出OutOfMemoryError異常

③ 本地方法棧 （Native Method Stack）

區(qū)別于 “Java虛擬機?！?nbsp;

• 本地方法棧只為虛擬機使用到的本地（Native）方法服務，為其運行提供內存環(huán)境 
  • 本地方法是指JVM需要調用非Java語言所實現(xiàn)的方法，例如C/C++/C# 
• JVM棧運行的是Java方法

在JVM規(guī)范中，沒有強化性要求實現(xiàn)方一定要劃分出本地方法棧（例如：HotSpot虛擬機將本地方法棧和棧合二為一）和具體實現(xiàn)（不同的操作系統(tǒng)，對JVM規(guī)范的具體實現(xiàn)都不一樣）。

• 同 “Java虛擬機?！?nbsp;一樣，本地方法棧也有兩類異常： 
  • 棧深度溢出時，將拋出StackOverflowError異常
  • 棧擴展失敗時，會拋出OutOfMemoryError異常

④ Java堆 （Java Heap） 

• 虛擬機所管理的內存中最大的一塊
• Java堆是被所有線程共享的一塊內存區(qū)域
• 唯一的目的：存放對象示例。
  • Java中 “幾乎” 所有的對象實例都在這里分配內存；
  • 但是，由于現(xiàn)在技術發(fā)展，說 “Java對象示例都分配在堆上” 也漸漸變得不是那么絕對了。
•  Java堆是垃圾收集器管理的內存區(qū)域，也稱“GC堆”。 
  • 堆內存中的對象沒有被引用，會自動被Java的垃圾回收機制回收。
• 當在方法中定義了局部變量：
  • 如果局部變量是基本數(shù)據(jù)類型，直接存放在棧內存中；
  • 如果局部變量是引用數(shù)據(jù)類型，會將變量值存放在堆內存中，棧內存中只存放引用地址。
• Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內存空間，但在邏輯上它應該是被視為連續(xù)的。
• 如果在Java堆中沒有內存完成實例分配，并且Java堆也無法再擴展時，Java虛擬機將會拋出OutOfMemoryError異常

 ⑤ 方法區(qū)（Method Area）

• 和 “Java堆” 一樣，是被所有線程共享的一塊區(qū)域。
• 主要存放每一個被加載的class的信息

class信息主要包含魔數(shù)（確定是否是一個class文件），常量池，訪問標志（當前的類是普通類還是接口，是否是抽象類，是否被public修飾，是否使用了final修飾等描述信息…），字段表集合信息（使用什么訪問修飾符，是實例變量還是靜態(tài)變量，是否使用了final修飾等描述信息…），方法表集合信息（使用什么訪問修飾符，是否靜態(tài)方法，是否使用了 final 修飾，是否使用了synchronized修飾，是否是native方法…）等內容。

當一個類加載器加載了一個類的時候，會根據(jù)這個class文件創(chuàng)建一個class對象，class對象就包含了上述的信息。后續(xù)要創(chuàng)建這個類的實例，都根據(jù)這個class對象創(chuàng)建出來的。

在《Java虛擬機規(guī)范》中，把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫作 “非堆” ，目的是與Java堆區(qū)分開來。

如果方法區(qū)無法滿足新的內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常

⑥ 運行時常量池 （Running Constant Pool）

• 運行時常量池是方法區(qū)的一部分。
• 存放class中最重要的資源，JVM為每一個class對象都維護著一個常量池。
• 常量池表：用于存放編譯期生成的各種字面量與字符引用。
• 這部分內容將在類加載后存放到方法區(qū)的運行時常量池中。 
• 運行時常量池相對Class文件常量池的一個重要特征是具備動態(tài)性。
• 當常量池無法再申請到內存時，會拋出OutOfMemoryError異常

【特】 直接內存

運行時數(shù)據(jù)區(qū)主要為以上6個區(qū)域，但是JVM所管理的還有一個較特殊的區(qū)域：

• 直接內存 （Direct Memory）
• 既不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是《Java虛擬機規(guī)范》中定義的內存區(qū)域。
• 但是這部分內存區(qū)域也被頻繁地使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)

1.在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫 直接分配堆外內存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復制數(shù)據(jù)。
2.在本機直接內存的分配不會受到Java堆大小的限制，但是，既然是內存，則肯定還是會受到本機總內存（包括RAM及SWAP區(qū)或者分頁文件）的大小及處理器尋址空間的限制。服務器管理員配置虛擬機參數(shù)時，一般會根據(jù)實際內存設置-Xmx等參數(shù)信息，但經(jīng)常會忽略掉直接內存，使得各個內存區(qū)域的總和大于物理內存限制（包括物理上的和操作系統(tǒng)級的限制），從而導致動態(tài)擴展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

總結

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關注腳本之家的更多內容！

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