Java虚拟机(2):运行时内存结构
线程私有数据区:虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器;
线程共享数据区:方法区,堆。
1. 程序计数器
程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此,为了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,各条线程之间计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个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;如果正在执行的是本地(Native)方法,这个计数器值则应为空(Undefined)。此内存区域是唯一在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
2. Java虚拟机栈
与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型:每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展,当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。
3. 本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native)方法服务。
HotSpot是将虚拟机栈和本地方法栈合并在一起。
4. Java堆
对于Java应用程序来说,Java堆(Java Heap)是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域,因此一些资料中它也被称作“GC堆”(Garbage Collected Heap,幸好国内没翻译成“垃圾堆”)。
5. 方法区
方法区(Method Area ) 与堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
永久代是虚拟机实现方法区内存管理的一种方式,JDK8 放弃了永久代概念,采用JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间(Meta-space)代替。
运行时常量池
运行时常量池Runtime Constant Pool,方法区中一部分。
Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池表(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
6. 直接内存
直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。
NIO(New input/output)是JDK1.4中新加入的类,引入了一种基于通道(channel)和缓冲区(buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过堆上的DirectByteBuffer对象对这块内存进行引用和操作。
直接内存的大小并不受到java堆大小的限制,甚至不受到JVM进程内存大小的限制。它只受限于本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
总结
本文主要讲解了关于JVM虚拟机内存的各个数据区域,如下:
接下来会进一步阅读《深入理解Java虚拟机》,并进行更多内容的记录、讲解。
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