JVM - 02JVM内存区域

JVM - 02JVM内存区域 

（1）JVM内存区域组成结构

• 线程私有区域（Thread Local）：   虚拟机栈、程序计数器、本地方法区
• 线程共享区域（Thread Shared）：  堆、方法区
• 直接内存（Direct Memory）：     不受JVM GC管理

• 线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束而创建/销毁。
  • 在 Hotspot VM 内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应。
• 线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
• 直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用。
  • 在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基于Channel与 Buffer的IO方式, 它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,
  • 然后使用DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作, 这样就避免了在 Java堆和 Native堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。

（2）程序计数器（线程私有）

• 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为"线程私有"的内存。
• 正在执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是 Native 方法，则为空。
• 这个内存区域是唯一的一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

（3）虚拟机栈（线程私有）

• 描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
  • 每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
• 栈帧（Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派（Dispatch Exception）。
• 栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁。无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。
• 当线程请求的栈深度大于JVM所允许的深度： StackOverflowError; 若JVM允许动态扩展，如无法申请到足够内存： OutOfMemoryError

（4）本地方法栈（线程私有）

• 本地方法栈和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行Java方法服务, 而本地方法栈则为Native方法服务。
• 如果一个VM实现使用C-linkage模型来支持Native调用, 那么该栈将会是一个C栈，但 HotSpot VM直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
• 当线程请求的栈深度大于JVM所允许的深度： StackOverflowError; 若JVM允许动态扩展，如无法申请到足够内存： OutOfMemoryError

（5）堆（线程共享）

• 被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在Java堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。
• 由于现代VM采用分代收集算法, 因此Java堆从GC的角度还可以细分为: 新生代(Eden区、From Survivor区和 To Survivor区)和老年代。

（6）方法区（线程共享）

• 常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区,
  • 这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存,而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载,因此收益一般很小)。
• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
• 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 （Constant Pool Table）。
  • 常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，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。
• Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分（也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。
• JDK 1.7的永久代和JDK 1.8的元空间都是方法区的一种实现。

（7）测试题

（7.1）堆和栈的区别

• 栈是运行时单位，代表着逻辑，内含基本数据类型和堆中对象引用，所在区域连续，没有碎片；
• 堆是存储单位，代表着数据，可被多个栈共享（包括成员中基本数据类型、引用和引用对象），所在区域不连续，会有碎片。
• 功能不同：      栈内存用来存储局部变量和方法调用，而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。
• 共享性不同：    栈内存是线程私有的、堆内存是所有线程共有的。
• 异常错误不同：  如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。   栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。  堆空间不足：java.lang.OutOfMemoryError。
• 空间大小：     栈的空间大小远远小于堆的