JVM内存模型

1.程序计数器

它的作用可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器,占很小的内存空间,线程私有
主要作用有两个:

  1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制。
  2. 在多线程的情况下,程序计数器用于处理当前线程执行的位置,从而当前线程被切换回来的时候能够知道线程上次运行的位置。

程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域,它的生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。

2.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的,生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡,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同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型,需要的内存在编译期完成分配,在运行期不会改变局部变量表的大小。
Java虚拟机栈会出现两种异常:StackOverFlowError异常和OutOfMemoryError异常。StackOverFlowError异常,如果虚拟机栈的内存大小不允许动态拓展,当线程请求的栈的深度超过当前虚拟机栈的最大深度时会抛出该异常。OutOfMemoryError异常,若虚拟机栈的内存大小允许动态拓展,当线程请求栈时内存用完,无法继续拓展时抛出该异常。
在这里插入图片描述

3.本地方法栈

和虚拟机栈类似,区别是本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务,虚拟机栈为虚拟机执行的Java方法服务。
本地方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。会出现两种异常:StackOverFlowError异常和OutOfMemoryError异常。线程私有

4.堆

堆空间时Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动的时候创建(而非创建线程的时候),存放对象实例。
Java堆是垃圾搜集器的主要区域,从垃圾回收的角度,Java堆可以细分为:新生代、老年代。
如果在堆中没有完成实例分配,并且堆无法在拓展是,会抛出OutOfMemoryError异常。

5.方法区

方法区也是线程共享内存区域。它用来存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。当方法区无法满足内存分配需求时会抛出OutOfMemory异常。

JVMJava Virtual Machine)即Java虚拟机,是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现 [^1]。JVM内存模型主要包含以下几个部分: ### 程序计数器 程序计数器用于记录当前执行的指令地址。如果程序执行的是一个Java方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;若正在执行的是一个本地(native,由C语言编写完成)方法,则计数器的值为Undefined。由于它只是记录当前指令地址,不存在内存溢出的情况,是所有JVM内存区域中唯一一个没有定义OutOfMemoryError的区域 [^5]。 ### JavaJava堆是Java代码可及的内存,是留给开发人员使用的。堆用于存储对象实例及数组值,Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配,堆区由所有线程共享。Heap中对象所占用的内存由GC进行回收。在32位操作系统上最大为2GB,在64位操作系统上则没有限制,其大小可通过 -Xms 和 -Xmx 来控制。-Xms 为JVM启动时申请的最小Heap内存,默认为物理内存的1/64但小于1GB;-Xmx 为JVM可申请的最大Heap内存,默认为物理内存的1/4但小于1GB。默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap到 -Xmx 指定的大小,可通过 -XX:MinHeapFreeRatio= 来指定这个比例;当空余堆内存大于70%时,JVM会减小Heap的大小到 -Xms 指定的大小,可通过 -XX:MaxHeapFreeRatio= 来指定这个比例。对于运行系统而言,为避免在运行时频繁调整Heap的大小,通常将 -Xms 和 -Xmx 的值设成一样 [^2][^3]。 ### 非堆(Non - Heap) 非堆是JVM留给自己用的,方法区、JVM内部处理或优化所需的内存 (如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构 (如运行时常量池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中 [^2]。 ### Java虚拟机栈 Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的内存模型。它会为每一个即将运行的Java方法创建“栈帧”,用于存储该方法在运行过程中所需要的一些信息,包括局部变量表(存放基本数据类型变量、引用类型的变量、returnAddress类型的变量)、操作数栈、动态链接、当前方法的常量池指针、当前方法的返回地址、方法出口等信息 [^4]。 ### 示例代码展示栈帧概念 ```java public class StackFrameExample { public static int add(int a, int b) { int result = a + b; return result; } public static void main(String[] args) { int x = 5; int y = 3; int sum = add(x, y); System.out.println("Sum: " + sum); } } ``` 在上述代码中,`main` 方法和 `add` 方法在执行时,Java虚拟机栈会分别为它们创建栈帧,用于存储各自运行过程中的信息。
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