JVM內(nèi)存模型/內(nèi)存空間

Java虛擬機(jī)JVM運(yùn)行起來(lái)，就會(huì)給內(nèi)存劃分空間，這塊空間成為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)主要?jiǎng)澐譃橐韵?nbsp;6個(gè) ：

① 程序計(jì)數(shù)器 （Program Counter Register）

• 一塊較小的內(nèi)存空間，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
• 線程私有的內(nèi)存
• 值得注意的是：《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中，唯一一個(gè)沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域?。?！

程序計(jì)數(shù)器也可以稱(chēng)為PC寄存器，通俗的講就是指令緩存，它主要用來(lái)緩存當(dāng)前程序執(zhí)行的下一條指令的地址，CPU根據(jù)這個(gè)地址找到將要執(zhí)行的指令。這個(gè)寄存器是JVM內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，不是物理概念上的計(jì)數(shù)器，不過(guò)和JVM的實(shí)現(xiàn)邏輯一樣。

② Java虛擬機(jī)棧 （VM Stack） 

• Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型
• 每一個(gè)線程運(yùn)行起來(lái)的都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)棧（線程棧），棧中的數(shù)據(jù)是該線程獨(dú)有的，不會(huì)產(chǎn)生資源共享的情況，因此線程棧是線程安全的。
• 棧當(dāng)中存放的是棧幀 
  • 每個(gè)Java方法的執(zhí)行對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀的進(jìn)棧和出棧的操作
  • 當(dāng)線程調(diào)用方法時(shí)，就形成一個(gè)棧幀，并將這個(gè)棧幀進(jìn)行壓棧操作，方法執(zhí)行完之后進(jìn)行出棧操作。
  • 這個(gè)棧幀中包括：局部變量、操作數(shù)棧、指向當(dāng)前方法對(duì)應(yīng)類(lèi)的常量池引用、方法返回地址等信息
• 為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)
• 線程私有的內(nèi)存
• 其生命周期與線程相同
• 兩類(lèi)異常：
  • 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JVM棧容量可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)棧擴(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

③ 本地方法棧 （Native Method Stack）

區(qū)別于 “Java虛擬機(jī)?！?nbsp;

• 本地方法棧只為虛擬機(jī)使用到的本地（Native）方法服務(wù)，為其運(yùn)行提供內(nèi)存環(huán)境 
  • 本地方法是指JVM需要調(diào)用非Java語(yǔ)言所實(shí)現(xiàn)的方法，例如C/C++/C# 
• JVM棧運(yùn)行的是Java方法

在JVM規(guī)范中，沒(méi)有強(qiáng)化性要求實(shí)現(xiàn)方一定要?jiǎng)澐殖霰镜胤椒＃ɡ纾篐otSpot虛擬機(jī)將本地方法棧和棧合二為一）和具體實(shí)現(xiàn)（不同的操作系統(tǒng)，對(duì)JVM規(guī)范的具體實(shí)現(xiàn)都不一樣）。

• 同 “Java虛擬機(jī)?！?nbsp;一樣，本地方法棧也有兩類(lèi)異常： 
  • 棧深度溢出時(shí)，將拋出StackOverflowError異常
  • 棧擴(kuò)展失敗時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

④ Java堆 （Java Heap） 

• 虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊
• Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域
• 唯一的目的：存放對(duì)象示例。
  • Java中 “幾乎” 所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存；
  • 但是，由于現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展，說(shuō) “Java對(duì)象示例都分配在堆上” 也漸漸變得不是那么絕對(duì)了。
•  Java堆是垃圾收集器管理的內(nèi)存區(qū)域，也稱(chēng)“GC堆”。 
  • 堆內(nèi)存中的對(duì)象沒(méi)有被引用，會(huì)自動(dòng)被Java的垃圾回收機(jī)制回收。
• 當(dāng)在方法中定義了局部變量：
  • 如果局部變量是基本數(shù)據(jù)類(lèi)型，直接存放在棧內(nèi)存中；
  • 如果局部變量是引用數(shù)據(jù)類(lèi)型，會(huì)將變量值存放在堆內(nèi)存中，棧內(nèi)存中只存放引用地址。
• Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間，但在邏輯上它應(yīng)該是被視為連續(xù)的。
• 如果在Java堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且Java堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，Java虛擬機(jī)將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

 ⑤ 方法區(qū)（Method Area）

• 和 “Java堆” 一樣，是被所有線程共享的一塊區(qū)域。
• 主要存放每一個(gè)被加載的class的信息

class信息主要包含魔數(shù)（確定是否是一個(gè)class文件），常量池，訪問(wèn)標(biāo)志（當(dāng)前的類(lèi)是普通類(lèi)還是接口，是否是抽象類(lèi)，是否被public修飾，是否使用了final修飾等描述信息…），字段表集合信息（使用什么訪問(wèn)修飾符，是實(shí)例變量還是靜態(tài)變量，是否使用了final修飾等描述信息…），方法表集合信息（使用什么訪問(wèn)修飾符，是否靜態(tài)方法，是否使用了 final 修飾，是否使用了synchronized修飾，是否是native方法…）等內(nèi)容。

當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器加載了一個(gè)類(lèi)的時(shí)候，會(huì)根據(jù)這個(gè)class文件創(chuàng)建一個(gè)class對(duì)象，class對(duì)象就包含了上述的信息。后續(xù)要?jiǎng)?chuàng)建這個(gè)類(lèi)的實(shí)例，都根據(jù)這個(gè)class對(duì)象創(chuàng)建出來(lái)的。

在《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中，把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是它卻有一個(gè)別名叫作 “非堆” ，目的是與Java堆區(qū)分開(kāi)來(lái)。

如果方法區(qū)無(wú)法滿(mǎn)足新的內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常

⑥ 運(yùn)行時(shí)常量池 （Running Constant Pool）

• 運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分。
• 存放class中最重要的資源，JVM為每一個(gè)class對(duì)象都維護(hù)著一個(gè)常量池。
• 常量池表：用于存放編譯期生成的各種字面量與字符引用。
• 這部分內(nèi)容將在類(lèi)加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中。 
• 運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)Class文件常量池的一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性。
• 當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

【特】 直接內(nèi)存

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)主要為以上6個(gè)區(qū)域，但是JVM所管理的還有一個(gè)較特殊的區(qū)域：

• 直接內(nèi)存 （Direct Memory）
• 既不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中定義的內(nèi)存區(qū)域。
• 但是這部分內(nèi)存區(qū)域也被頻繁地使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)

1.在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類(lèi)，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫(kù) 直接分配堆外內(nèi)存，然后通過(guò)一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬嗽贘ava堆和Native堆中來(lái)回復(fù)制數(shù)據(jù)。
2.在本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到Java堆大小的限制，但是，既然是內(nèi)存，則肯定還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存（包括RAM及SWAP區(qū)或者分頁(yè)文件）的大小及處理器尋址空間的限制。服務(wù)器管理員配置虛擬機(jī)參數(shù)時(shí)，一般會(huì)根據(jù)實(shí)際內(nèi)存設(shè)置-Xmx等參數(shù)信息，但經(jīng)常會(huì)忽略掉直接內(nèi)存，使得各個(gè)內(nèi)存區(qū)域的總和大于物理內(nèi)存限制（包括物理上的和操作系統(tǒng)級(jí)的限制），從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！