Java内存区域详解

最新推荐文章于 2025-02-21 15:46:40 发布

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前言

对于从事从C，C++程序开发的程序开发人员来说。在内存管理领域，他们既是最高权利的“皇帝”又是从事最基础工作的“劳动人民”——即拥有一个对象的所有权，又担任着每一个对象生命开始到终结的维护责任。

对于java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，由虚拟机管理内存这一切看起来都很美好。不过，也正是因为java程序员把内存控制的权利交给了java虚拟机，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误将会成为一项异常艰难的工作。

正文

运行时数据区域

java虚拟机在执行java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，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存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。根据《java虚拟机规范SE7版》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域，如图所示：

这里写图片描述

程序计数器

程序计数器（Program Count Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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条需要执行的字节码指令，分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个时刻，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。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每一条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

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Native方法，这个计数器的值则会空（Undefined）。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。

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，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每一个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接。方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

经常有人把java内存分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack）这种分法比较粗糙，java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的，与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的堆笔者在后面会专门介绍，而所指的栈就是现在讲的虚拟机栈，或者说虚拟机栈局部变量表的部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean，byte，char，short，int，float，double），对象引用（reference，它不等同于对象本身，可能是一个指向起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其它与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一个字节码指令的地址）。

其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需要的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量的大小。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：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；如果虚拟机可以动态扩展（当前大部分的java虚拟机都可以动态扩展，只不过java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMenoryError异常。

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，它们的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行java方法（也就是字节码服务），而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法使用的语言，使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有些虚拟机（比如Sun HotSpot虚拟机）直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Java堆

对于大多数应用来说，Java堆（java Heap）是java虚拟机所管理的内存中最大的一块。java堆是被所有的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，几乎所有的对象对象实例及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配，标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也变得不是那么绝对了。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。从内存回收的角度，由于现在的收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；从内存分配的角度来看，线程共享的java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。
不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都任然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快的分配内存。