JVM从1%到99%【精选】-运行时数据区

最新推荐文章于 2025-12-26 13:07:08 发布

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1.运行时数据区概括

Java虚拟机在运行Java程序过程中管理的内存区域,称之为运行时数据区。
主要分为两大类：线程不共享、线程共享
线程不共享：
程序计数器
Java虚拟机栈
本地方法栈
线程共享：
方法区
堆

2.什么是内存溢出

内存溢出：指的是程序在使用某一块内存区域时,存放的数据需要占用的内存大小超过了虚拟机能提供的内存上限。

3..程序计数器

程序计数器(Program Counter Register)也叫PC寄存器,每个线程会通过程序计数器记录当前要执行的的字节码指令的地址。
在加载阶段,虚拟机将字节码文件中的指令读取到内存之后,会将原文件中的偏移量转换成内存地址。
每一条字节码指令都会拥有一个内存地址。
作用：
1.程序计数器可以控制程序指令的进行，实现分支、跳转、异常等逻辑。
2.在多线程执行情况下，Java虚拟机需要通过程序计数器记录CPU切换前解释执行到那一句指令并继续解释运行。
内存溢出：不会出现内存溢出
因为每个线程只存储一个固定长度的内存地址,程序计数器是不会发生内存溢出的。
程序员无需对程序计数器做任何处理。

4.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）采用栈的数据结构来管理方法调用中的基本数据，先进后出(First In Last Out) ,每一个方法的调用使用一个栈帧(Stack Frame)来保存。
Java虚拟机栈随着线程的创建而创建，随着线程的销毁而回收。
由于方法可能会在不同线程中执行，每个线程都会包含一个自己的虚拟机栈。
栈帧的组成：
局部变量表：局部变量表的作用是在运行过程中存放所有的局部变量
栈帧中的局部变量表是一个数组,数组中每一个位置称之为槽(slot), long和double类型占用两个槽,其他类型占用一个槽。
操作数栈：操作数栈是栈帧中虚拟机在执行指令过程中用来存放临时数据的一块区域
帧数据:帧数据主要包含动态链接、方法出口、异常表的引用
当前类的字节码指令引用了其他类的属性或者方法时,需要将符号引用(编号)转换成对应的运行时常量池中的内存地址。动态链接就保存了编号到运行时常量池的内存地址的映射关系。
方法出口指的是方法在正确或者异常结束时，当前栈帧会被弹出，同时程序计数器应该指向上一个栈帧中的下一条指令的地址。所以在当前栈帧中，需要存储此方法出口的地址。
异常表存放的是代码中异常的处理信息，包含了异常捕获的生效范围以及异常发生后跳转到的字节码指令位置。
内存溢出：会出现内存溢出
Java虚拟机栈如果栈帧过多,占用内存超过栈内存可以分配的最大大小就会出现内存溢出。
要修改Java虚拟机栈的大小，可以使用虚拟机参数-Xss 。
语法： -Xss栈大小 (-Xss1024k)
Windows (64位)下的JDK8测试最小值为180k,最大值为1024m。
一般情况下,工作中即便使用了递归进行操作,栈的深度最多也只能到几百,不会出现栈的溢出。所以此参数可以手动指定为-Xss256k节省内存。

5.本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈相似，区别在于
虚拟机栈是为 JVM 执行 Java 编写的方法服务的，
本地方法栈是为 Java 调用本地（native）方法C服务的，由 C/C++ 编写。
在本地方法栈中，主要存放了 native 方法的局部变量、动态链接和方法出口等信息。当一个 Java 程序调用一个 native 方法时，JVM 会切换到本地方法栈来执行这个方法。
在Hotspot虚拟机中,Java虚拟机栈和本地方法栈实现上使用了同一个栈空间。
本地方法栈会在栈内存上生成一个栈帧，临时保存方法的参数同时方便出现异常时也把本地方法的栈信息打印出来。

6.堆

堆（heap）是 JVM 中最大的一块内存区域，被所有线程共享，在 JVM 启动时创建，主要用来存储对象的。
堆空间有三个需要关注的值,：used、 total、 max。
used是当前已使用的堆内存。
total是java虚拟机已经分配的可用堆内存。
max是java虚拟机可以分配的最大堆内存。

内存溢出：会出现内存溢出

7.方法区

方法区是用来存储每个类的基本信息(元信息)，主要包含三部分内容：
类的元信息：保存了所有类的基本信息
运行时常量池：保存了字节码文件中的常量池内容
静态常量池：字节码文件中通过编号查表的方式找到常量
运行时常量池：当常量池加载到内存中之后,可以通过内存地址快速的定位到常量池中的内容
字符串常量池：保存了字符串常量
方法区并不真实存在，属于 Java 虚拟机规范中的一个逻辑概念，每款Java虚拟机在实现上都各不相同。
JDK7及之前的版本将方法区存放在堆区域中的永久代空间，堆的大小由虚拟机参数来控制。

JDK8及之后的版本将方法区存放在元空间中,元空间位于操作系统维护的直接内存中,默认情况下只要不超过操作系统承受的上限,可以一直分配。

内存溢出：会出现内存溢出

8.直接内存

直接内存(Direct Memory)并不在《Java虚拟机规范》中存在,所以并不属于Java运行时的内存区域。
使用了直接内存，主要为了解决以下两个问题：
1.Java堆中的对象如果不再使用要回收,回收时会影响对象的创建和使用。
2.IO操作比如读文件,需要先把文件读入直接内存(缓冲区)再把数据复制到Java堆中。现在直接放入直接内存即可,同时Java堆上维护直接内存的引用,减少了数据复制的开销。