JVM内存模型

网上对于JVM内存模型讲解的博客很多也很详细,这里就不再进行详细介绍了,只当做学习的一个总结或者记录。

这里先看一张整体的示意图:

 

这里主要分为五大块,分别是:本地方法栈、方法区、java堆、程序计数器和java栈。其中重点是方法区、java堆和java栈。

下面就把各个区域的性质总结一下:(说明,下面的只是结论,没有详细的对各个内存块进行详细深入的介绍,有兴趣的可以看一下《深入理解java虚拟机》(周志明著)深入研究一下。

方法区:
  方法区是线程安全的,各个线程共享该内存区域。
  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。
  运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分,存储内容主要是编译期生成的各种字面量和符号引用。
  方法区的大小不必是固定的,JVM可根据应用需要动态调整。
  不需要连续的内存,可以选择固定大小或者可扩展,还可以选择不实现垃圾收集。
  方法区也可被垃圾收集,当某个类不在被使用(不可触及)时,JVM将卸载这个类,进行垃圾收集。
  当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。


java堆
  线程共享的,存放所有对象实例(包括实例变量)和数组。在虚拟机启动时创建。
  生命周期与虚拟机相同,可以不使用连续的内存地址。
  垃圾回收的主要区域。根据分代收集算法可以分为新生代和老年代。
  如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError 异常。

虚拟机栈(参考文章)
  线程私有的,它的生命周期与线程相同。
  每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(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。
  栈的大小可以是固定的,或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度,则抛出stackOverflowError;如果栈是可动态扩展的,但没有内存空间支持扩展,则抛出OutofMemoryError。
  栈帧
    帧里面存放的是方法的局部变量(方法中的局部变量),操作数栈,动态链接,方法返回地址和一些额外的附加信息组成。
    活动线程中,只有栈顶的栈帧是有效的,称为当前栈帧,这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。
  局部变量表
    用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。
    基本数据类型、对象引用和returnAddress 类型。
  操作数栈
    存储程序执行过程中的具体数据。
  动态连接
  返回地址

对于java Stack有必要深入说一下,特别是栈帧的结构。

  

 

本地方法栈
  为虚拟机使用到的Native 方法服务。
程序计数器
  每个线程有要有一个独立的程序计数器,记录下一条要运行的指令。
  线程私有的内存区域。如果执行的是JAVA方法,计数器记录正在执行的java字节码地址,如果执行的是native方法,则计数器为空。
  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。

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对于在执行过程中寻址的问题,主要有一下两种方式:

第一种:直接指针访问

第二种:句柄访问

实际情况中,大部分都是采用直接指针方式进行数据访问。

再次强调,上面的只是结论,没有进行详细说明,建议找些相关的文章或者书籍深入阅读一下。

 

JVM(Java 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]。 ### Java堆 Java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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