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Java基础之JVM内存结构详解

Java脱口秀 2019-05-17
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    作为一个Java开发者,在工作中或面试中都会听到JVM内存结构和Java内存模型,因为名称相近,许多开发者都会将其混淆导致所问非所答,下面我们就来简单讲解下JVM的内存结构。

    Java虚拟机在执行Java程序时,会将内存划分成多个不同的数据区域,各个区域都有着各自的创建销毁时间和各自的作用。


    下面我们来看一下JVM内存结构的划分:



一: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。


        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,一个处理器一个处理器都只会执行一条线程中指令。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不影响,独立存储,我们称这个为“线程私有的内存”。


        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。




二:Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)


        Java虚拟机栈与程序计数器一样是线程私有的,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(byte、Boolean、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型)和returnAddress类型。其中64位长度的long 和double类型的数据占用两个局部变量空间,其余的数据类型占用一个局部变量空间。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在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。




三:本地方法栈(Native Method Stack)


        本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用是十分相似的,,而他们的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(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。




四:Java堆(Java Heap)


        对大多数应用来说,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,在虚拟机启动时创建。此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堆还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”。


        根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处在物理上不连续的内存空间,只要逻辑上连续即可,在实现时,可以实现成固定大小的,也可以实现成可扩展的。




五:方法区(Method Area)


        方法区与Java堆一样都是线程共享的区域,主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码等数据。


        Java虚拟机规范对于方法区限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要物理上连续的内存和可以选择固定大小或可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。一般来说垃圾收集行为在方法区是比较少出现的,但并非数据进入方法区就永久存在了,方法区垃圾收集主要回收目标是常量池的回收和类型的卸载。


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