JVM内存模型1

转载自：https://www.liangzl.com/get-article-detail-121504.html

 

抽象

解析

程序计数器

• 程序计数器（Program Counter Register）是JVM中一块较小的内存区域，保存着当前线程执行的虚拟机字节码指令的内存地址（可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器）。
• 如果线程执行的是java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址（可以理解为上图所示的行号），如果正在执行的是native方法，这个计数器的值为undefined。
• JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配CPU执行时间片的方式来实现的，任何一个时刻，一个CPU都只会执行一条线程中的指令。为了保证线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程间的程序计数器独立存储，互不影响。
• 此区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域，因为程序计数器是由虚拟机内部维护的，不需要开发者进行操作。

虚拟机栈

    虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）是线程隔离的，每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈，即每个线程都有自己独立的虚拟机栈。这个栈中又会对应包含多个栈帧，每调用一个方法时就会往栈中创建并压入一个栈帧，栈帧存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法从调用到最终返回结果的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。

    虚拟机栈是一个后入先出的数据结构，线程运行过程中，只有处于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法，当前活动帧栈始终是虚拟机栈的栈顶元素。

• 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。通常我们所说的“栈内存”指的就是局部变量表这一部分。
• 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧分配多少内存是固定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。
• 64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。

栈的大小可以固定也可以动态扩展。

• 在固定大小的情况下，JVM会为每个线程的虚拟机栈分配一定的内存大小（-Xss参数），因此虚拟机栈能够容纳的栈帧数量是有限的，若栈帧不断进栈而不出栈，最终会导致当前线程虚拟机栈的内存空间耗尽，会抛出StackOverflowError异常。
• 在动态扩展的情况下，当整个虚拟机栈内存耗尽，并且无法再申请到新的内存时，就会抛出OutOfMemoryError异常。

栈溢出代码：

public class StackOverFlow {
	public static void main(String[] args){
		new StackOverFlow().test();
	}

	private void test() {
		System.out.println("run...");
		test();
	}
}

（在单个线程下，无论是由于栈帧太大，还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配的时候，虚拟机抛出的都是 StackOverflowError 异常，而不是OOM。）

run...Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
	at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:691)
	at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:579)

堆溢出代码：（由于在Windows 平台的虚拟机中， Java 的线程是映射到操作系统的内核线程上的，所以多线程代码执行时有较大的风险，可能会导致操作系统崩溃。）

public class JavaVMStackOOM {

    private void dontStop() {
        while (true) {
        }
    }

    //通过不断的创建新的线程使Stack内存耗尽
    public void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(() -> dontStop());
            thread.start();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
    }

}

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

本地方法栈

• 本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
• 不同的是，本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。
• HotSpot虚拟机不区分虚拟机栈和本地方法栈，两者是一块的。

方法区

• 保存在着被加载过的每一个类的信息（虚拟机加载的类信息（类的版本、字段、方法、接口），常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据）；这些信息由类加载器在加载类的时候，从类的源文件中抽取出来；static变量信息也保存在方法区中。
• 可以看做是将类（Class）的元数据，保存在方法区里。
• 方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。
• HotSpot虚拟机使用永久代来实现方法区，使得HotSpot虚拟机的垃圾收集器可以像管理堆内存一样来管理这部分内存，能省去专门为方法区编写内存管理代码工作。所以开发者喜欢将方法区称为永久代，本质上两者并不等价，对于其他虚拟机来说不存在永久代的概念。
• 方法区是线程共享的；当有多个线程都用到一个类的时候，而这个类还未被加载，则应该只有一个线程去加载类，让其他线程等待。
• 方法区的大小不必是固定的，jvm可以根据应用的需要动态调整。jvm也可以允许用户和程序指定方法区的初始大小，最小和最大限制。
• 方法区同样存在垃圾收集，因为通过用户定义的类加载器可以动态扩展Java程序，这样可能会导致一些类，不再被使用，变为垃圾。这时候需要进行垃圾清理。

堆 

• JVM管理的最大的一块内存区域，存放着对象的实例，是线程共享区。
• 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为“GC堆”。
• JAVA堆的分类： 

        从内存回收的角度上看，可分为新生代（Eden空间，From Survivor空间、To Survivor空间）及老年代（Tenured Gen）。

        从内存分配的角度上看，为了解决分配内存时的线程安全性问题，线程共享的JAVA堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）。

• JAVA堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。
• 可通过参数 -Xmx -Xms 来指定运行时堆内存的大小，堆内存空间不足也会抛OutOfMemoryError异常。

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