运行时数据区

本文详细介绍了Java虚拟机(JVM)的内存结构,包括程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区、运行时常量池及直接内存等内容,并解释了这些内存区域的作用和特点。

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上图是jvm运行时的数据区域:

  • 浅色部分代表的是线程共享区域,即多个线程会共享其中的数据资源,如多线程操作时对堆数据的共享。
  • 深色部分代表的是线程私有的资源,如不同线程中方法的调用在栈中的进行是线程私有的,其它线程不能访问本线程调用的方法运算。

1.程序计数器

这是一块较小的内存空间,作用是看作当前线程所执行的字节码的行号指示器。每条线程有一个自己私有的独立的程序计数器,独立存储,互不影响,保证线程切换的时候能回到正确的位置。

个人理解:意思就是线程A和线程B都有各自的程序计数器CA和CB,我们都知道CPU多线程调度是按照时间片分配的,某时间执行的一个线程,只是时间片比较短,所以当线程A执行到12行时,其在CPU上所得的时间分配用完,需要执行线程B时,CA则记录下行数12,当其它线程执行后又到了线程A执行时,则根据CA的执行继续从12行开始执行。

2.Java虚拟机栈

线程私有,描述的是java方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

个人理解:就是方法中的参数变量、值的运算都是在栈上运行的。

3.本地方法栈

与虚拟机栈的作用相似,只是本地方法栈运行的事本地方法(Native方法),虚拟机栈运行的是java方法。很多虚拟机将二者合二为一。

个人理解:首先所谓的本地方法是jvm在执行过程中发现的部分方法经常被重复使用,则会将这部分方法生成字节码代码存在于本地方法区中,后期调用的时候会在这个区直接读取调用。而java虚拟机栈是执行class文件时操作的。

4.Java堆

这是线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建,用于存放对象实例。java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被成为“GC堆”,根据java虚拟机规范的规定,java堆可以处于物理上并不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。
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在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的(通过-Xmx和-Xms控制)。

5.方法区

线程共享,用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以固定大小或可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。
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这个区域回收的主要目标是针对常量池的回收和对类型的卸载,一般难以让人满意。

个人理解:存放的static修饰的方法、属性、final修饰的属性、即时编译器编译后的本地Native方法。

6.运行时常量池

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),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常量池中。
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一般来说,除了保存class文件中描述的符号引用外,还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。相对于class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性。

7.直接内存

并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是java虚拟机规范中定义的内存区域,但是被频繁使用也会导致OutOfMemoryError异常。
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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,然后通过一个存储在java堆里面的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的提高性能,因此避免了在java堆和Native堆中来回复制数据。

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