JVM学习笔记一：JVM运行时数据区域

Java虚拟机所管理的内存包括以下几个运行时数据区域，如下图所示

 

1.程序计数器

（1）程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一套需要执行的字节码指令，他是程序控制流的指示器。

（2）每个线程有各自独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，这类内存区域称为“线程私有”的内存。

（3）线程正在执行的是Java方法的话，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。

（4）线程正在执行的是Native本地方法的话，计数器值则为空（Undefined）。

（4）此内存区域是唯 一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

 

2.Java虚拟机栈

（1）Java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

（2）Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务。

（3）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虚拟机都会同步一个栈帧，如上图所示。

（4）在《Java虚拟机规范》中，对这个内存区域规定了两类异常状况：

1. 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；
2. 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

（1）本地方法栈为虚拟机使用到的本地方法服务。

（2）本地方法栈没有强制规定内部方法使用的语言、使用方法与数据结构。

（3）与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

 

4.Java堆

（1）Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。

（2）Java堆是所有线程共享的内存区域，其在虚拟机启动时创建，该内存区域的唯一目的就是存放对象实例。

（3）Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。

（4）所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区，以提升对象分配时的效率。

（5）将jJava堆细分的目的只是为了更好地回收内存或更快地分配内存。

（6）Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但对于大对象（如数组对象），出于实现简单，存储高效的考虑，很可能要求连续的内存空间。

（7）Java堆内存大小可以固定或扩展，通过参数-Xmx和-Xms设定。若你额有内存可供实例分配并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

 

5.方法区

（1）方法区是各个线程共享的内存区域，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（class）。

（2）方法区一块独立于Java堆的内存空间。

（3）到了JDK8，方法区中实现的是元空间（Meta space），代替了“永久代”。

（4）不需要连续的内存，可以固定大小或可扩展。

（5）可以选择不实现垃圾收集，这区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载，回收条件相当苛刻，回收效果不理想。

（6）方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出 OutOfMemoryError异常。

 

6.运行时常量池

（1）运行时常量池是方法区的一部分。

（2）存放类加载后class文件中的常量池表（Constant Pool Table），常量池表用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用。

（3）运行时常量池没有任何格式规定要求，不同提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现 这个内存区域，不过一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把由符号引用翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

（4）运行时常量池具备动态性，并非预置入class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中。

（5）因为是方法区的一部分，所以会受到方法去的内存限制。当常量池无法在申请到内存时会抛出OOM异常。

 

7.附：直接内存

（1）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。但同样被频繁使用，并且也可能抛出OOM异常。

（2）在JDK 1.4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Nat ive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提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

（3）本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存(包括物理内存、SWAP分区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制(包括物理的和操作系统级的限制)，从而导致动态扩展时出现OOM异常。