【JVM】Java内存区域划分

最新推荐文章于 2025-07-23 20:34:46 发布

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本文深入剖析Java虚拟机(JVM)的工作原理、内存区域划分及其在跨平台运行中的关键作用。介绍了JVM的定义、作用及工作原理，详细阐述了程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区等功能模块。

作为一名Java程序员应该去了解和思考一下Java技术体系中的这些技术是如何实现的

一、JVM概念

1.1 JVM定义

JVM（Java Virtual Machine）意思是Java虚拟机。它是一个虚构出来的计算机。可在实际的计算机上模拟各种计算机功能。JVM有自己完整的硬件架构，例如处理器、堆栈和寄存器等，还具有相应的指令系统。

1.2 JVM的作用

JVM是Java字节码执行的引擎，为Java程序的执行提供必要的支持，它还能优化Java字节码，使之转换成效率更高的机器指令。程序员编写的程序最终都要在JVM上执行。JVM中类的装载是由类加载器（ClassLoader）和它的子类来实现的。ClassLoader是Java运行时一个重要的系统组件，负责在运行时查找栈和装入类文件的类。

JVM屏蔽了与具体操作系统平台的相关的信息，从而实现了java程序只需生成在JVM上运行的字节码文件（class文件），就可以在多种平台上不加修改的地运行，不同平台对应着不同的JVM，在执行字节码时，JVM负责将每一条要执行的字节码送给解释器，解释器再将其翻译成特定平台环境的机器指令并执行。Java语言最重要的特点就是跨平台运行，使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台运行。

1.3 JVM工作原理

JVM在整个JDK中处于最底层，负责与操作系统的交互，用来屏蔽操作系统环境，提供一个完整的Java运行环境。因此也称为虚拟计算机。操作系统装入JVM是通过JDK中的java.exe来实现，主要通过以下几个步骤：

（1）创建JVM装载环境和配置

（2）装载jvm.dll

（3）初始化jvm.dll

（4）调用JNIEnv实力装载并处理class类。

（5）运行Java程序。

二、JAVA内存区域划分

2.1程序计数器

作用：可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

关联：字节码解释器工作时通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器完成。

特点：

（1）占内存空间小。

（2）该内存区域是唯一一个java虚拟机规范没有规定任何OOM情况的区域。

（3）线程私有的内存。

2.2 Java虚拟机栈

作用：虚拟机栈描述的是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用来存放存储局部变量表、操作栈、动态连接、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。

局部变量表：就是用来存储方法中的局部变量（包括在方法中声明的非静态变量以及函数形参）。对于基本数据类型的变量，则直接存储它的值，对于引用类型的变量，则存的是指向对象的引用。局部变量表的大小在编译器就可以确定其大小了，因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。

对于64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot），其余的数据类型只占用一个

方法出口: 一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

特点：

（1）若线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，将抛出Stack OverflowError异常。

（2）若虚拟机动态扩展是无法申请到足够的内存则会抛出OOM。

（3）线程私有的内存。

2.3 本地方法栈

作用：本地方法栈则是为虚拟机执行本地方法（Native Method）服务的

在JVM规范中，并没有对本地方发展的具体实现方法以及数据结构作强制规定，虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一，

也是线程私有的内存。

2.4 Java堆

作用：存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存。

特点：

（1）是垃圾收集器管理的主要区域，也成为GC堆

（2） Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只需逻辑上连续即可

（3）如果在对中没有足够内存完成实例分配，并且堆也无法拓展则会抛出OOM异常

（4） JVM中占用内存最大的一块

（5）线程共享的内存

2.5 方法区

作用：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、以及编译器编译后的代码等。

特点：

（1）可以选择不实现垃圾收集，垃圾收集的行为在这个区域比较少出现

（2）线程共享的内存区域

（3）无法满足内存分配时会抛出OOM

2.5.1 运行时常量池

运行常量池是方法区的一部分，在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用来存储编译期间生成的字面量和符号引用，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。

2.6直接内存

概念：直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java 虚拟机规范中农定义的内存区域。在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区（Buffer）的I/O 方式，它可以使用native 函数库直接分配堆外内存，然后通脱一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制，受到本机总内存大小限制

直接内存（堆外内存）与堆内存比较：

（1）直接内存申请空间耗费更高的性能，当频繁申请到一定量时尤为明显，此时非直接内存要优于直接内存

（2）直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存，在多次读写操作的情况下差异明