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JVM 內(nèi)存模型

SexySix / 2842人閱讀

摘要：是描述方法執(zhí)行的內(nèi)存模型每個方法執(zhí)行的時候會同時創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲局部變量表操作數(shù)棧動態(tài)連接返回地址方法出口等信息。虛擬機(jī)是使用局部變量表完成參數(shù)值到參數(shù)變量表的傳遞過程。堆內(nèi)存管理最大的一塊。

1. 虛擬機(jī)棧 VM Stack

線程私有，生命周期與線程相同。VM Stack是描述Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法執(zhí)行的時候會同時創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame），用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接、返回地址、方法出口等信息。

局部變量表：用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量。虛擬機(jī)是使用局部變量表完成參數(shù)值到參數(shù)變量表的傳遞過程。

操作數(shù)棧：虛擬機(jī)把操作數(shù)棧作為它的工作區(qū)。（類似于寄存器，用于存儲指令操作需要的數(shù)據(jù)。）

動態(tài)連接：『符號引用』是每個方法的『間接引用』，『符號引用』指向方法的內(nèi)存位置，調(diào)用方法前需要把『符號引用』轉(zhuǎn)換為『直接引用』。

如果在類加載階段或者第一次調(diào)用時，把『符號引用』轉(zhuǎn)為『直接引用』，稱為『靜態(tài)解析』。

如果在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)為『直接引用』，稱為『動態(tài)連接』。

返回地址：退出方法時要返回的位置。

棧的異常

StackOverflowError：如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverFlowError。如無限遞歸調(diào)用當(dāng)前方法。

OutOfMemoryError：如果VM Stack可以動態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存時，將拋出OutOfMemoryError。

2. 本地方法棧 Native Method Stack

跟VM Stack很像，但是VM Stack為執(zhí)行Java方法服務(wù)，Native Method Stack為執(zhí)行Native方法服務(wù)。在Sun HotSpot虛擬中，把VM Stack和Native Method Stack合二為一。

3. 堆 Heap

JVM內(nèi)存管理最大的一塊。被Java線程共享的內(nèi)存區(qū)域。
唯一功能就是存放對象實(shí)例。
堆是垃圾回收器管理的主要區(qū)域。，也被稱為『GC堆』。

根據(jù)垃圾回收分代收集算法，Heap分為新生代和老年代。

新生代：程序創(chuàng)建新對象都從新生代分配內(nèi)存。新生代分為Eden Space和Survivor Space（進(jìn)入老年代的中轉(zhuǎn)區(qū)）。

老年代：經(jīng)歷多次新生代GC（Young GC）仍然存活的對象。

4. 方法區(qū) Method Area

存放class的元數(shù)據(jù)信息：類名、字段信息、方法信息等 。另外還有類的常量集合：包括實(shí)際的常量和對類型、域和方法的符號引用。
簡言之，方法區(qū)=class信息+運(yùn)行時常量池。
經(jīng)常被稱為永久代。

方法區(qū)的特點(diǎn)：

線程安全。由于所有線程都共享方法區(qū)，必須是線程安全的（同步的）。

大小不固定，也不是連續(xù)的，可以在Heap中分配。

可以被GC，當(dāng)某個類不再使用時，JVM將卸載這個類，并進(jìn)行GC。

可以通過-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數(shù)限制方法區(qū)的大小。

5. 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，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。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計(jì)數(shù)器來完成。
此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

總結(jié)

內(nèi)存分配過程

JVM 會試圖為相關(guān)Java對象在Eden Space中初始化一塊內(nèi)存區(qū)域。

當(dāng)Eden空間足夠時，內(nèi)存申請結(jié)束；否則到下一步。

JVM 試圖釋放在Eden中所有不活躍的對象（這屬于1或更高級的垃圾回收）。釋放后若Eden空間仍然不足以放入新對象，則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區(qū)。

Survivor區(qū)被用來作為Eden及Old的中間交換區(qū)域，當(dāng)Old區(qū)空間足夠時，Survivor區(qū)的對象會被移到Old區(qū)，否則會被保留在Survivor區(qū)。

當(dāng)Old區(qū)空間不夠時，JVM 會在Old區(qū)進(jìn)行完全的垃圾收集（0級）。

完全垃圾收集后，若Survivor及Old區(qū)仍然無法存放從Eden復(fù)制過來的部分對象，導(dǎo)致JVM無法在Eden區(qū)為新對象創(chuàng)建內(nèi)存區(qū)域，則出現(xiàn)“outofmemory”錯誤。

對象內(nèi)存訪問

即使是最簡單的訪問，也會卻涉及Java 棧、Java 堆、方法區(qū)這三個最重要內(nèi)存區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如下面的這句代碼：

Object obj = newObject();

VM Stack：“Object obj”這部分的語義將會反映到VM Stack的本地變量表中，作為一個reference 類型數(shù)據(jù)出現(xiàn)。

Heap：而“new Object()”這部分的語義將會反映到Java 堆中，形成一塊存儲了Object 類型所有實(shí)例數(shù)據(jù)值（Instance Data，對象中各個實(shí)例字段的數(shù)據(jù)）的結(jié)構(gòu)化內(nèi)存，根據(jù)具體類型以及虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的對象內(nèi)存布局（Object Memory Layout）的不同，這塊內(nèi)存的長度是不固定的。

方法區(qū)：另外，在Java 堆中還必須包含能查找到此對象類型數(shù)據(jù)（如對象類型、父類、實(shí)現(xiàn)的接口、方法等）的地址信息，這些類型數(shù)據(jù)則存儲在方法區(qū)中。

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