JVM内存结构说明

news2024/12/27 19:26:53

1. 整体结构图如下

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2. 程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，由于JVM可以并发执行线程，因此会存在线程之间的切换，而这个时候就程序计数器会记录下当前程序执行到的位置，以便在其他线程执行完毕后，恢复现场继续执行。
JVM会为每个线程分配一个程序计数器，与线程的生命周期相同。
如果线程正在执行的是应该Java方法，这个计数器记录的是正在执行虚拟机字节码指令的地址。
如果正在执行的是Native方法，计数器的值则为空（undefined）
程序计数器是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

3. 虚拟机栈

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（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）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。
虚拟机栈是每个线程独有的，随着线程的创建而存在，线程结束而死亡。
在虚拟机栈内存不够的时候会OutOfMemoryError，在线程运行中需要更大的虚拟机栈时会出现StackOverFlowError。

虚拟机栈包含很多栈帧，每个方法执行的同时会创建一个栈帧，栈帧又存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。
在活动线程中，只有位于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法。

局部变量表

局部变量表是存放方法参数和局部变量的区域。
全局变量是放在堆的，有两次赋值的阶段，一次在类加载的准备阶段，赋予系统初始值；另外一次在类加载的初始化阶段，赋予代码定义的初始值。
而局部变量没有赋初始值是不能使用的。

操作数栈

一个先入后出的栈。
当一个方法刚刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈/入栈操作。

动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用。持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)。
常量池可以便于指令的识别

public void methodA(){
   
}
public void methodB(){
    methodA();//methodB()调用methodA(),先找到调用methodA()的版本符号，再变为直接引用
}

方法调用并不等同于方法执行，方法调用阶段唯一的任务就是确定被调用方法的版本(即调用哪一个方法)，这也是Java强大的扩展能力，在运行期间才能确定目标方法的直接引用。
所有方法调用中的目标方法在Class文件里面都是一个常量池中的符号引用，在类加载的解析阶段，会将其中的一部分符号引用转化为直接引用。

方法返回地址（方法出口）

返回分为正常返回和异常退出。
无论何种退出情况，都将返回至方法当前被调用的位置，这也程序才能继续执行。
一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值可以作为返回地址，栈帧中会保存这个计数器值。
方法退出的过程相当于弹出当前栈帧。

4、本地方法栈

Java虚拟机栈是调用Java方法；本地方法栈是调用本地native方法，可以认为是通过 JNI (Java Native Interface) 直接调用本地 C/C++ 库，不受JVM控制。
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本地方法栈也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常

5、Java堆

Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域（存在并发问题），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。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，又称为“GC堆”，可以说是Java虚拟机管理的内存中最大的一块。

现在的虚拟机（包括HotSpot VM）都是采用分代回收算法。在分代回收的思想中，把堆分为：新生代+老年代+永久代（1.8没有了）；新生代又分为 Eden + From Survivor + To Survivor区。
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6、方法区

方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是所有线程共享的内存区域。

方法区用于存储已经被虚拟机加载的类信息（即加载类时需要加载的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。

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”。

方法区比较重要的一部分是运行时常量池（Runtime Constant Pool），为什么叫运行时常量池呢？是因为运行期间可能会把新的常量放入池中，比如说常见的String的intern()方法。

String a = "I am HaC";
Integer b = 100;

在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中，复用同一个（比如说上述的“I am HaC”），节省空间。

关于方法区和元空间的关系：

方法区是JVM规范概念，而永久代则是Hotspot虚拟机特有的概念，简单点理解：方法区和堆内存的永久代其实一个东西，但是方法区是包含了永久代。
只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM）并没有“PermGen space”