JVM运行时数据区域

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分成若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在，有些区域则是依赖用于线程的启动和结束而建立和销毁

Java虚拟机所管理的内存包括以下几个运行时数据区域

一、程序计时器

程序计数器是一块较小的内存空间，它可以当作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地方法，这个计数器值应为空。在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。

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。

二、 Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的。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虚拟机都会同步创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量

局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型、对象引用。

这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完成确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。这里的“大小”是指变量槽的数量。

线程安全

• 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用返回，它是线程安全的
• 如果局部变量引用了对象，并逃离方法的作用返回，需要考虑线程安全

异常

这个内存区域规定了两类异常状况：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，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

HotSpot虚拟机的栈容量是不可以动态扩展的，所以只要线程申请栈空间成功了就不会有OOM，但是如果申请时就失败，仍然是会出现OOM异常的

线程运行诊断

（1）CPU占用过多

定位

• 用top定位哪个进程对CPU的占用过高
• ps H -eo pid,tid,%cpu | grep进程id（用ps命令进一步定位是哪个线程引起的CPU占用过高）
• jstack进程id：可以根据线程id找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号

（2）程序运行很长时间没有结果

使用jstack进程id查找

三、本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地方法服务

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抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常

四、Java堆

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中它也被称为“GC堆”。

如果从分配的角度看，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。

Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，通过参数-XMx和-Xms设定大小，为了方便问题的显现，可以把堆内存设的相对小点。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常

堆内存诊断

1. jps工具：查看当前系统中有哪些java进程
2. jmap工具：查看堆内存占用情况 jmap -heap 进程id
3. jconsole工具：图形界面，多功能的监测工具，可以连续监测

垃圾回收后，内存占用仍然很高：可以实现jvisualvm工具（可视化虚拟机）

五、方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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

在JDK8以前，HotSpot虚拟机使用永久代来实现方法区，到了JDK7，把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出了，到了JDK8，直接废弃了永久代的概念，改用在本地内存中实现的元空间来代替，把JDK7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到了元空间中

如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常

六、运行时常量池

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，还有就是常量池表：用于存放编译期生成的各种字面量与符号的引用，在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

运行期间可以使用String类的intern()方法将新的常量方入池中

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常

七、直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分

在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的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提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据

本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制