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Java虚拟机在执行程序时内存划分的区域都有哪些?

人生一切难题,知识给你答案

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来源:《深入理解Java虚拟机》


今天,我们来解决一个问题:

Java虚拟机在执行程序时内存划分的区域都有哪些?

人生一切难题,知识给你答案。


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为若干个不同的数据区域。

==程序计数器==

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念里,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。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,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补影响,独立存储,属于线程私有的数据区域。

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,这个计数器值则为空(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:每个方法在执行的同时都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。

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、long、double)、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,可能是一个指向对象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他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

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;如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError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,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java(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。与虚拟机栈一样,本地方法区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

==Java堆==

对于大多数应用来说,Java堆是Java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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称为“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手机算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有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)。

==方法区==

方法区和Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于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。

根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

==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,还有一项信息是常量池,用于存放编译器生成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。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。


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