一张图看懂Java虚拟机内存区域模型

一张图看懂Java虚拟机内存区域模型

Java虚拟机相当于一个抽象的计算机操作系统,其管理的内存区域大体上可以分为栈和堆,就像c或c++中对内存的分类一样,但这样的分类对于Java虚拟机来说太过粗浅,实际上Java虚拟机管理的内存区域分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆和方法区,根据各区域是属于线程私有还是由线程共享,这些区域可以分为两类,下面分别进行说明。


一、线程私有的内存区域

1.程序计数器(Program Counter Register)

程序计数器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。每个线程都有各自独立的程序计数器,如果线程正在执行的是一个Java方法,那么这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址,如果正在执行的是Native方法,则程序计数器为空(Undifined)。
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。

2.虚拟机栈(VM Stack)

虚拟机栈也是线程私有的,它描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)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完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

虚拟机栈帧中,局部变量表是比较为人所熟知的,也就是平常所说的“栈”,局部变量表所需的内存空间在编译期间分配完成,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全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

虚拟机栈有两种异常情况:

1. StackOverflowError:线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,特别是方法的递归调用时

2. OutOfMemoryError:虚拟机栈无法满足线程所申请的空间需求,即使经过动态扩展仍然无法满足,那么将导致OutOfMemoryError错误

3.本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈与虚拟机栈相似,不过服务于本地方法,有些虚拟机将这两个区域合二为一。

本地方法栈中抛出异常的情况与虚拟机栈相同。

二、共享的内存区域

1.堆(Heap)

通常来说,堆是Java虚拟机管理的内存中最大的一块,被所有线程共享,在虚拟机启动时创建,堆的作用就是存储对象实例。

堆也是垃圾收集器所管理的主要区域,因此很多时候也被称作“GC堆”。从内存回收的角度来看,由于现在收集器基本都采用分代收集算法,因此堆还可以被细分为:新生代和老年代。再继续细分可以分为:Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等,从内存分配的角度来看,线程共享的堆中还可以划分出多个线程私有的分配缓冲区u(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。

堆可以是物理上不连续的空间,只要逻辑上是连续的即可,-Xmx和-Xms参数可以控制堆的最大和最小大小。

堆的空间大小不满足时将抛出OutOfMemoryError异常。

2.方法区(Method Area)

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT编译后的代码等数据。Java虚拟机规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆)。

方法区同样会抛出OutOfMemoryError异常。

   在方法区中有一部分区域用来存
储编译期产生的各种字面量和符号引
用,这部分内容将在类加载后进入方
法区的运行时常量池中存放。
    这里需要说明一点,常量并不
是只能在编译期产生,运行期间也
会产生新的常量并被发在常量池中,
如String类的intern()方法。

三、直接内存(Direct Memory)

本机直接内存并不是Java虚拟机运行时数据区的一部分,但它能在一些场景中显著提高性能,因为其避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

直接内存同样会抛出OutOfMemoryError异常。

编辑于 2017-12-10