java.jvm.自动内存管理机制.虚拟机运行时数据区

  • 说明

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不同的数据区域,这些区域有各自的用途、创建和销毁的事件。




  • 程序计数器(Program Counter Register)

是一块较小的内存空间,可以看做当前线程所执行的字节码的行号指示器。就类似于指令指针寄存器

  • 程序计数器和多线程

对于多线程来说,每个线程都会有一个自己独有的程序计数器。各计数器互不干扰。
即程序计数器是线程私有

  • 为什么每一个线程都需要一个程序计数器??

1. 字节码行号对每个方法都是从0开始,所以没法一个程序技术器标志所有

  • Native方法和程序计数器

如果线程正在执行java方法,那么计数器记录的是正在执行的class字节码指令的地址。
如果是Native方法,那么计数器是Undefined
程序计数器是java虚拟机规范中唯一没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。



  • java虚拟机栈

java虚拟机栈也是线程私有,它的生命周期就是线程的生命周期。
虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型
常说的java栈内存就是java虚拟机栈java虚拟机栈的局部变量表部分

  • 栈帧

每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧,里面保存
局部变量表
操作数栈
动态链接
方法出口
等信息,
每一个方法从调用到执行完成的过程中,就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

注:局部变量的标识符是存放在常量池中的。

  • 局部变量表

存放了

  1. 编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、lang、double)
  2. 对象引用(refrence类型,不同于对象本身,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)
  3. returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)
    长度
    其中64位长度的的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余数据类型只占一个
    局部变量表所需的内存空间编译期间完成分配,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小,也就是说编译后的class文件中是可以获取局部变量表的。


  • 本地方法栈(Native Method Stack)

与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们的区别是虚拟机栈为虚拟机执行java方法(字节码)服务,而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(如Sun HotSpot虚拟机)直接把本地方法栈与虚拟机栈合二为一。本地方法栈同样有StackOverflowErrorOutOfMemoryError



  • java堆

堆是被所有线程共享的一块内存区域,其唯一作用是存放对象实例,几乎所有对象实例都在这里分配内存。
垃圾收集器主要是管理java堆,因此也成为GC堆(Garbage Collected Heap)
java堆是处于一段逻辑上连续的地址空间中的,也就是说有一个起始地址和一个代表地址空间宽度的偏移

  • 垃圾收集器的算法

分代收集算法
粗分:新生代、老年代
细分:Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

  • java堆中的线程私有的分配缓冲区

Thread Local Allocation Buffer,TLAB



  • 方法区(Method Area)

与java堆一样,是各个线程共享。
存储
虚拟机加载的类信息(又称 对象的元数据、对象类型数据)
常量
静态变量
即时编译器编译后的代码
等。
虽然java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但有一个别名Non Heap非堆。

  • 方法区=永久代

因为GC分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区。这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理java堆一样管理方法区,能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。
对于其他虚拟机(如BEA JRockit、IBM J9等)的方法区来说不存在永久代的。

  • 使用永久代来实现方法区的问题

更容易碰到内存溢出问题,因为方法区作用永久代同样有-XX:MaxPermSize的上限。而其他(如BEA JRockit、IBM J9等)虚拟机只要没有碰到进程可用内存上限,就是不会出现问题。
因此,对于HotSpot来说,现在也就放弃永久代,逐步改为采用Native Memory来实现方法区的规划了。在目前JDK1.7的hotspot中,已经把原本放在永久代中的字符串常量池移出了。

  • 方法区可以选择不实现垃圾收集

java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。因为垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的。但并非数据进入了方法区就如同永久代名字一样永久存在了。
这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收对类型的卸载

  • 方法区异常

OutOfMemoryError
方法区无法满足内存分配需求



  • 运行时常量池

是方法区的一部分。class文件中有常量池,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
对于运行时常量池,java虚拟机规范没有做任何细节要求。
存放数据:
class文件中常量池翻译出来的直接引用

  • 运行时常量池对比class文件常量池

运行时常量池具备动态性,java虚拟机规范并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是说并非只有class文件常量池中的内容才能进入方法区运行时常量池。运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用的比较多的就是String类的intern()方法

  • 运行时常量池异常

OutOfMemoryError
方法区无法满足内存分配需求



  • 直接内存(Direct Memory)

并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存被频繁使用,而且也可能导致OutOfMemoryError
JDK1.4中加入了NIO(New Input/Output)类,引入了基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在JAVA堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在java堆和native堆中来会复制数据。



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