深入理解Java虚拟机-Java内存区域

这篇是我看《深入理解Java虚拟机》的笔记,第二版HotSpot虚拟机,Java1.7版本

写给我自己看的。因为我也不知道我能坚持看多久,在我记忆中我好想从来没有看完过一本书.

我会把里面比较重要的贴出来,也有可能会自己总结一些.

不懂得地方我会把背景设置成粉红色

运行时数据区

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个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁

Java运行时数据区

1. 程序计数器

2.虚拟机栈

3.本地方法栈

4.方法区

5.Java堆(Heap)

前三个是线程隔离的数据区,也就是每个线程都会有

后两个是由所有线程共享的数据区,当然线程不安全也就发生在java堆中.

这是画的图:https://www.processon.com/view/link/5a5edacae4b05a8ff306fa1e

1. 程序计数器

线程私有的内存,与线程的生命周期相同

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,因为CPU是通过时间片轮转算法来实现多线程的,在任何一个确定的时刻,一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此,线程切换后,为了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.

注意:

1. 如果当前线程执行的是Native方法,这个计数器值则为空(Undefined)。

2. 这块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。

2. Java虚拟机栈

线程私有的内存,与线程的生命周期相同

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。

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。

注意:

这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常(可以把栈理解为数组,栈的深度,可以理解为数组的长度)

如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常

2.1局部变量表

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用和returnAddress类型

64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。

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。

3. 本地方法栈

线程私有的内存,与线程的生命周期相同

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是线程私有的内存,与线程的生命周期相同

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

与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4. Java堆

被所有线程共享的一块内存区域

Java堆,也称GC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。

此内存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。这一点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配,

但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟,栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生,所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。

从内存回收的角度来看,

由于现在收集器基本都采用分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代,再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等

从内存分配的角度来看,

线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区

无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好地回收内存,或者更快地分配内存。

根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像我们的磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

5. 方法区

被所有线程共享的一块内存区域

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的应该是与Java堆区分开来。

这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

这块还包含运行时常量池

5.1 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期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。

意思是常量池将在类加载后进入方法区的运行时常量池中.

运行时常量池相对于 Class文件常量池 的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编 译期才能产生,也就是并不是 编译后的class文件中的常量池的内容 才能进入方法区的运行时常量池,运行期间通过String类的intern方法依然可以将新的常量放入运行时常量池中

既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError异常。

到这就有点迷惑了?常量池和运行时常量池不是一个东西吗?

常量池存在于静态的存储文件[可以是任意的二进制流],主要包含着字面量和符号引用,就class文件的constant pool

运行时常量池存在于内存中,也就是常量池被加载到内存之后的版本,它的字面量可以动态的添加——string.intern(),符号引用可以被解析为直接引用

1. string.intern()?

返回字符串对象的规范化表示形式。 

一个初始时为空的字符串池,它由类 String 私有地维护。 当调用 intern 方法时,如果池已经包含一个等于此 String 对象的字符串(该对象由 equals(Object) 方法确定),则返回池中的字符串。否则,将此 String 对象添加到池中,并且返回此 String 对象的引用。 它遵循对于任何两个字符串 s 和 t,当且仅当 s.equals(t) 为 true 时,s.intern() == t.intern() 才为 true

https://blog.csdn.net/soonfly/article/details/70147205

2. 字面量能理解,但是符号引用又是个什么东西?

说到符号引用,我百度了一下又看到了直接引用.我的乖乖

在JVM中类加载过程中,在解析阶段,Java虚拟机会把类的二级制数据中的符号引用替换为直接引用。

符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能够无歧义的定位到目标即可,在编译时,java类并不知道所引用的类的实际地址,因此只能使用符号引用来代替。比如org.simple.People类引用了org.simple.Language类,在编译时People类并不知道Language类的实际内存地址,因此只能使用符号org.simple.Language(假设是这个)来表示Language类的地址。

public class C {
    public void f(){
    }
}


使用javap -v C.class,我们看该class文件中的常量池中f()的符号引用——#8

《深入理解Java虚拟机-Java内存区域》

直接引用:直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在 ,直接引用是我们是看不到的,但是如果我们是用偏移量来表示,它可以是0x00000045[偏移量]

6.直接内存

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。但是这部分内存也被频繁地使用,而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现

在JDK 1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的 I/O方式,它可以使用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。

    原文作者:java虚拟机
    原文地址: https://blog.csdn.net/yuchao2015/article/details/80051000
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