JVM运行时数据区

JVM运行时数据区域

根据 JVM 规范,JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。

内存空间(Runtime Data Area)中可以按照是否线程共享分为两块,线程共享的是方法区(Method Area)和堆(Heap),线程独享的是虚拟机栈(VM Stack),本地方法栈(Native Method Stack)和PC寄存器(Program Counter Register)。

具体参见下图:

JVM运行时数据区
区域 是否线程共享 是否会内存溢出
程序计数器 不会
虚拟机栈
本地方法栈
方法区
  • 虚拟机栈(线程私有)
    每个线程有一个私有的栈,随着线程的创建而创建。栈里面存放着一种叫做“栈帧”的东西,每个方法在执行的时候会创建一个栈帧,存储了局部变量表(基本数据类型和对象引用),操作数栈,动态连接,方法出口等信息。
    每个方法从调用到执行完毕,对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。
    通常所说的栈,一般是指虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表所需的内存在编译期间完成分配。
    栈的大小可以固定也可以动态扩展,当扩展到无法申请足够的内存,则OutOfMemoryError。
    当栈调用深度大于JVM所允许的范围,会抛出StackOverflowError的错误,不过这个深度范围不是一个恒定的值,我们通过下面这段程序可以测试一下这个结果:

    // 栈溢出测试源码
    package com.paddx.test.memory;
    /**
     * Created by root on 2/28/17.
     */
    public class StackErrorMock {
        private static int index = 1;
    
        public void call() {
            index++;
            call();
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            StackErrorMock mock = new StackErrorMock();
            try {
                mock.call();
            } catch(Throwable e) {
                System.out.println("Stack deep: " + index);
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    

    运行三次,可以看出每次栈的深度都是不一样的,输出结果如下:


    image.png

    image.png

    image.png

    查看三张结果图,可以看出每次的Stack deep值都有所不同。究其原因,就需要深入到JVM的源码中才能探讨,这里不作赘述。
    虚拟机栈除了上述错误外,还有另一种错误,那就是当申请不到空间时,会抛出OutOfMemoryError。这里有一个小细节需要注意,catch捕获的是Throwable,而不是Exception,这是因为StackOverflowError和OutOfMemoryError都不属于Exception的子类。

  • 本地方法栈(线程私有)
    和虚拟机栈类似,主要为虚拟机使用到的Native方法服务。
    也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

  • PC寄存器(线程私有)
    PC寄存器,也叫程序计数器。JVM支持多个线程同时运行,每个线程都有自己的程序计数器。倘若当前执行的是JVM方法,则该寄存器中保存当前执行指令的地址;倘若执行的是native方法,则PC寄存器为空。
    这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

  • 堆(线程共享)
    堆内存是JVM所有线程共享的部分,在虚拟机启动的时候就已经创建。
    和程序开发密切相关,应用系统对象都保存在Java堆中。所有的对象和数组都在堆上进行分配。这部分空间可通过GC进行回收。
    对分代GC来说,堆也是分代的,是GC的主要工作区间。
    当申请不到空间时,会抛出OutOfMemoryError。下面我们简单的模拟一个堆内存溢出的情况:

    package com.paddx.test.memory;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    /**
     * Created by root on 2/28/17.
     */
    public class HeapOomMock {
        public static void main(String[] args) {
            List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>();
            int i = 0;
            boolean flag = true;
            while(flag) {
                try {
                    i++;
                    list.add(new byte[1024 * 1024]); // 每次增加1M大小的数组对象
                }catch(Throwable e) {
                    e.printStackTrace();
                    flag = false;
                    System.out.println("Count = " + i); // 记录运行的次数
                }
            }
        }
    }
    

    首先配置运行时虚拟机的启动参数:

    image.png

    然后运行代码,输出结果如下:
    image.png

    注意,这里我们指定了堆内存的大小为16M,所以这个地方显示的Count=13(这个数字不是固定的),至于为什么会是13或其他数字,需要根据GC日志来判断。

  • 方法区(线程共享)
    方法区也是所有线程共享的。主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分,但是为了与堆进行区分,通常又叫“非堆”。
    这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。
    当方法区无法满足内存分配需求时,则抛出OutOfMemoryError异常。
    在HotSpot虚拟机中,用永久代来实现方法区,将GC分代收集扩展至方法区,但是这样容易遇到内存溢出的问题。
    JDK1.7中,已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。
    JDK1.8撤销永久代,引入元空间。

附件(栈、堆、方法区交互):


image.png

参考链接:
https://segmentfault.com/a/1190000008134012
https://blog.csdn.net/universe_ant/article/details/58585854
https://www.cnblogs.com/mengchunchen/p/7819370.html

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