JVM知识总结-运行时区域划分

本文详细解析JVM运行时的各个区域,包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区及直接内存。阐述了每个区域的作用、特点及可能出现的异常情况。

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区域简介

JVM运行时区域有些随着虚拟机进程的启动而存在,有些依赖于用户线程的启动和结束而建立和销毁,大致分为以下几类:方法区虚拟机栈本地方法栈程序计数器,概念图如下(源于《深入理解JAVA虚拟机-JVM高级特性》):

程序计数器
  1. 当前线程所执行的字节码的行号指示器,是一块各个线程私有的内存,每个线程都有一个独立的程序计数器;
  2. 如果线程执行的是一个JAVA方法,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址,如果执行的是一个Native方法,计数器值为空(Undefined);
  3. 唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域;
虚拟机栈
  1. 线程私有,每个线程执行时会创建一个栈桢(Stack Frame),包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息,一个方法的调用过程对应着一个栈桢在虚拟机栈中的入栈和出栈操作;
  2. 局部变量表:存放了编译期可知的各种基本数据类型(byte、short、char、int、long、float、double、boolean),对象引用(reference),returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址),64位的long和double占用两个Slot(局部变量空间),其他占用一个,局部变量表所需空间在编译期就确定
  3. JVM规范中这个区域有两种异常情况,如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度--抛出StackOverflowError,如果虚拟机栈可动态扩展但扩展时申请的内存无法满足--抛出OutOfMerroyError;
本地方法栈

与虚拟机栈作用类似,区别在于本地方法栈用于执行Native方法,JVM规范并未对此区域的实现做强制规定,具体的虚拟机可自由实现,此区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMerroyError;

  1. 所有线程共享的区域,几乎所有的对象实例都在这里分配内存,之所以是几乎,是因为JIT的优化技术已经使得部分对象实例不必在堆上分配;
  2. 从内存分配的角度看,堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer),目的是为了更好回收内存或更快的分配内存;
  3. 逻辑上连续,物理上可以不连续;
  4. 当堆中没有足够的内存完成对象实例的分配,且无法再扩展,会抛出OOM;
方法区
  1. 线程共享区域,用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT产生的代码等数据;
  2. HotSpot将永久代(Permanent Generation)作为方法区的实现,但本质上与方法区并不等价;
  3. 不需要连续的内存,可扩展,可以选择不实现垃圾收集(GC只是hotspot在此区域实现的功能),当无法满足内存分配需求时,会抛出OOM;
  4. 运行时常量池:Class文件中的常量池--用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用--将在类加载后进入方法区的运行时常量池,除此之外还会把翻译出来的直接引用也存入,相对于Class文件常量池的特征是动态性,运行期间也可以将新的常量放入,如String.intern();
直接内存

此区域并不在JVM区域划分范围中,但这部分也可能会抛出OOM,NIO可以通过Native函数库直接分配堆外内存并通过DirectByteBuffer对象对这块内存进行操作,因为避免了数据在Native堆和Java堆之间的复制从而提高性能;

转载于:https://my.oschina.net/u/580449/blog/2967037

<think>嗯,用户之前问了关于Java中的Map.Entry方法,现在转向询问JVM的内存区域划分。看起来他们对Java的基础知识感兴趣,可能是在学习Java编程或者准备面试。需要确保回答清晰,结构分明,便于理解。 首先,用户的问题是关于JVM内存区域的,需要涵盖主要的几个部分:方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。可能还需要提到JDK版本变化带来的影响,比如方法区在JDK 8前后的实现不同,从永久代到元空间的变化。此外,每个区域的作用、常见问题如OOM异常,以及相关参数设置都是关键点。 要注意用户可能对某些术语不太熟悉,比如元空间、直接内存等,需要用通俗的语言解释。同,结合之前的提问,用户可能已经了解一些Java集合的内容,现在深入底层,可能需要联系实际例子说明内存区域的作用,比如堆内存的垃圾回收,栈的栈帧结构等。 另外,用户可能关心实际应用中的问题,比如内存溢出的表现和解决方法,所以需要给出实际的例子和参数设置建议。例如,堆内存不足调整-Xmx,元空间溢出调整-XX:MetaspaceSize等。 还要检查是否有遗漏的部分,比如直接内存是否属于JVM管理,虽然不属于运行数据区,但经常被问到,应该包括进去。同,各部分的关系和交互,比如对象创建在堆,引用存在栈中,有助于用户整体理解。 最后,总结部分要简明扼要,强调各区域的作用和常见问题,帮助用户形成系统化的记忆。需要确保回答结构清晰,层次分明,可能用分点或标题来组织内容,方便用户阅读和回顾。</think>JVMJava 虚拟机)在内存中划分区域是其运行和管理 Java 程序的核心基础。为了高效管理对象的生命周期、方法调用、线程隔离等任务,JVM 将内存划分为多个逻辑区域,每个区域有特定的用途和规则。以下是 **JVM 内存区域的详细划分**: --- ### **1. 程序计数器(Program Counter Register)** - **作用**: - 记录当前线程**正在执行的字节码指令地址**(若执行 Native 方法,值为 `undefined`)。 - 线程私有,生命周期与线程绑定。 - **特点**: - 唯一一个**没有内存溢出(OOM)**问题的区域- 通过 CPU 间片轮转实现多线程切换,依赖程序计数器恢复执行位置。 --- ### **2. Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)** - **作用**: - 存储方法调用的**栈帧(Frame)**,每个方法调用对应一个栈帧(包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等)。 - 线程私有,生命周期与线程相同。 - **关键问题**: - **StackOverflowError**:栈深度超出限制(如无限递归)。 - **OutOfMemoryError**:栈内存无法分配(如线程创建过多)。 - **参数**: - `-Xss`:设置栈大小(例如 `-Xss1m`)。 --- ### **3. 本地方法栈(Native Method Stack)** - **作用**: - 为 **Native 方法(如 C/C++ 实现的方法)**提供栈空间。 - 与虚拟机栈类似,但服务于 Native 方法。 - **注意**: - HotSpot 虚拟机将本地方法栈与虚拟机栈合并实现。 --- ### **4. Java 堆(Java Heap)** - **作用**: - 存储**所有对象实例**和**数组**(通过 `new` 创建的对象)。 - 线程共享,是垃圾回收(GC)的主要区域- **划分**(分代模型): - **新生代(Young Generation)**:Eden 区、Survivor 区(S0、S1)。 - **老年代(Old Generation)**:长期存活的对象。 - **关键问题**: - **OutOfMemoryError**:堆内存不足(如内存泄漏或 `-Xmx` 设置过小)。 - **参数**: - `-Xms`(初始堆大小)、`-Xmx`(最大堆大小)。 --- ### **5. 方法区(Method Area)** - **作用**: - 存储**类信息**(类名、访问修饰符等)、**常量**、**静态变量**、**即编译器编译后的代码**。 - 线程共享。 - **实现演进**: - **JDK 8 之前**:通过“永久代(PermGen)”实现,容易触发 `OutOfMemoryError: PermGen space`。 - **JDK 8+**:改为“元空间(Metaspace)”,使用本地内存(Native Memory),减少 OOM 风险。 - **关键问题**: - **OutOfMemoryError: Metaspace**:加载的类过多或动态生成类(如反射、CGLib)。 - **参数**: - `-XX:MetaspaceSize`(初始大小)、`-XX:MaxMetaspaceSize`(最大大小)。 --- ### **6. 运行常量池(Runtime Constant Pool)** - **位置**: - 方法区的一部分。 - **作用**: - 存储**字面量**(如字符串、`final` 常量)和**符号引用**(类、方法、字段的引用)。 - **注意**: - 字符串常量池在 JDK 7 后被移到堆中。 --- ### **7. 直接内存(Direct Memory)** - **作用**: - 通过 `NIO` 的 `DirectByteBuffer` 直接分配堆外内存,避免 Java 堆与 Native 堆间的数据复制。 - 受本地内存限制,不属于 JVM 运行数据区。 - **关键问题**: - **OutOfMemoryError**:本地内存不足(如未限制 `-XX:MaxDirectMemorySize`)。 --- ### **内存区域关系图** ``` JVM 内存 ├── 线程私有区域 │ ├── 程序计数器 │ ├── 虚拟机栈(栈帧) │ └── 本地方法栈 └── 线程共享区域 ├── 堆(对象实例) └── 方法区(类信息、常量池) └── 运行常量池 ``` --- ### **常见问题与调优** 1. **OOM 问题** - **堆溢出**:检查对象生命周期,调整 `-Xmx`。 - **元空间溢出**:检查类加载器泄漏,限制 `-XX:MaxMetaspaceSize`。 - **栈溢出**:优化递归或调整 `-Xss`。 2. **GC 策略** - 根据对象存活特性选择垃圾回收器(如 G1、ZGC)。 --- ### **总结** JVM 内存区域的设计平衡了线程安全、性能与内存管理的需求,理解这些区域是优化 Java 程序性能和排查内存问题的关键。
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