詳解Java虛擬機(jī)管理的內(nèi)存運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

概述

    Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的時(shí)間，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在，有些區(qū)域則是依賴用戶線程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷(xiāo)毀。

程序計(jì)數(shù)器

    程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。在虛擬機(jī)的概念模型里，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支，循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。

    如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址，如果正在執(zhí)行的是Native方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則為空。此內(nèi)存區(qū)域是唯一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OurOfMemoryError情況的區(qū)域。

虛擬機(jī)棧

    與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表，操作數(shù)棧，動(dòng)態(tài)鏈接，方法出口等信息。每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過(guò)程。

    局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對(duì)象引用（Object reference）和字節(jié)碼指令地址（returnAddress類(lèi)型）。

    在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)于此區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

    對(duì)于32位的jvm，默認(rèn)大小為256kb, 而64位的jvm, 默認(rèn)大小為512kb,可以通過(guò)-Xss設(shè)置虛擬機(jī)棧的最大值。不過(guò)如果設(shè)置過(guò)大，會(huì)影響到可創(chuàng)建的線程數(shù)量。

方法區(qū)

    方法區(qū)與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息，常量，靜態(tài)變量，即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

    根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

    本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常類(lèi)似，區(qū)別在于虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。

Java堆

    Java堆（java heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，它是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建，此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。

    Java堆是垃圾收集管理的主要區(qū)域，因此很多時(shí)候也被稱為 "GC" 堆。

    根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤(pán)空間一樣。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過(guò)當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（通過(guò)-Xmx和-Xms控制）如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

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