Java 虛擬機的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是由哪些組成的？

時間：2024-01-02 12:18:01 | 來源：網(wǎng)站運營

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Java 虛擬機的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是由哪些組成的？：

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java內(nèi)存區(qū)域(運行時數(shù)據(jù)區(qū))

java 虛擬機
在執(zhí)行java程序的時候會將內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域. 這里特別注意一點, jdk1.8(及以后的版本)和之前的版本略有不同.

概述

jdk 1.8之前:

jdk1.8版本:

jdk1.8版本移除了方法取,在直接內(nèi)存上增加了元空間(Metaspace)的區(qū)域.

線程私有的部分:

• 程序計數(shù)器(pc寄存器)
• 虛擬機棧
• 本地方法棧

線程共享的部分:

• 堆
• 方法區(qū)
• 直接內(nèi)存

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間, 可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器.

字節(jié)碼解釋器 工作時通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一個需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令, 如分支, 循環(huán), 異常處理, 線程恢復等功能都依賴于這個計數(shù)器完成

為了線程能恢復到正確的位置, 每一個線程都需要一個獨立的程序計數(shù)器,各線程之間互不影響,獨立存儲,這類內(nèi)存區(qū)域就被稱為"線程私有"的內(nèi)存

程序計數(shù)器的作用

• 字節(jié)碼解釋執(zhí)行時,通過改變程序計數(shù)器來依次讀取指令, 從而實現(xiàn)程序的流程控制, 例如循環(huán),異常處理等
• 在多線程
• 的情況下, 程序計數(shù)器用來記錄當前線程的位置, 所以當線程被切換回來的時候能夠知道該線程上次運行到哪里了.

特別要注意

程序計數(shù)器是唯一一個不會出現(xiàn)OutOfMemoryError的內(nèi)存區(qū)域,它的生命周期隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建隨著線程的結(jié)束而死亡.

java虛擬機棧

與程序計數(shù)器一樣, java虛擬機棧也是線程私有的 . 它的生命周期和線程相同, 描述的是java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型, 每次方法調(diào)用的數(shù)據(jù)都通過棧傳遞的.

java的內(nèi)存大的方向可以分堆(heap)內(nèi)存和棧(stack)內(nèi)存, 其中的棧就是指的虛擬機棧,或者說是虛擬機中局部變量表的部分.

實際上, java虛擬機棧是由一個個的棧幀組成的, 而每個棧幀都是由如下的部分構(gòu)成:

• 局部變量表
• 操作數(shù)棧
• 動態(tài)鏈接
• 方法出口信息

局部變量表

主要存放了編譯器可知的各種數(shù)據(jù)類型

• 基本數(shù)據(jù)類型
• 對象引用
• reference類型
• ,它不同于對象本身,可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊玫闹羔?/li>
• 也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與對象相關(guān)的位置.

虛擬機棧會拋出兩種異常

• StackOverFlowError
• 若java虛擬機棧的內(nèi)存大小允許動態(tài)擴展,那么當線程請求棧的深度超過當前java虛擬機棧的最大深度時候,就會拋出此異常.
• OutOfMemoryError
• 若java虛擬機棧的內(nèi)存大小允許動態(tài)擴展,且當線程請求時內(nèi)存已經(jīng)用完了,無法再動態(tài)擴展了, 此時拋出OutOfMemoryError

java虛擬機棧也是線程私有的, 每個線程都有各自的虛擬機棧,而且隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建,隨著線程的死亡而死亡.

本地方法棧

和虛擬機棧所發(fā)揮的作用非常的相似, 區(qū)別是:

• 虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行java方法(也就是字節(jié)碼)服務(wù)
• 本地方法棧則是為虛擬機使用到Native方法服務(wù)

在HotSpot虛擬機中和java虛擬機棧合二為一

執(zhí)行過程

本地方法被執(zhí)行的時候, 在本地方法棧也會創(chuàng)建一個棧幀,用于存放該本地方法的局部變量表,操作數(shù)棧,動態(tài)鏈接, 出口信息.

本地方法執(zhí)行完成之后相應(yīng)的棧幀也會出棧并釋放內(nèi)存空間

.同樣,也會出現(xiàn)StackOverFlowError和OutOfMemoryError兩種異常

堆(heap)

特點

• 堆(heap)是虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊.
• 堆(heap)是所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域, 在虛擬機啟動時創(chuàng)建.
• 堆(heap)唯一的目的就是存放對象實例, 幾乎所有的對象實例以及數(shù)組都在這里分配內(nèi)存

垃圾回收

java堆(heap)是垃圾收集器管理的主要區(qū)域,因此了被稱為GC堆(Garbage Collected Heap)

從垃圾回收的角度,由于現(xiàn)在的垃圾回收器基本都是采用分代垃圾收集算法,所以java堆還可以細分為:

• 新生代
• 老年代

再往下繼續(xù)劃分還可以劃分為 Eden空間, From Survivor, To Survivor空間等.進一步劃分是為了更好的回收內(nèi)存, 或者更快地分配內(nèi)存.

圖中所示的eden, s0, s1區(qū)都屬于新生代, tentired區(qū)屬于老年代.

大部分情況下, 對象都會首先在Eden區(qū)域分配,在一次新生代垃圾回收后,如果對象還存活, 則會進入到s0區(qū)或者s1區(qū),并且對象的年齡還會加1(從Eden 進入到Survivor區(qū)后對象的初始年齡變?yōu)?), 當它的年齡增加到一定程度(默認為15歲),則會進入到老年代中.

對象進入到老年代的年齡的閾值,可以通過參數(shù):

xx:maxTenuringThreshold // 設(shè)置閾值

方法區(qū)

方法區(qū)與堆(heap)一樣,是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域,它用于存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類信息, 常量,靜態(tài)變量

,即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù).

雖然java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分,但是它卻有一個別名叫做Non-heap(非堆),目的應(yīng)該是與java堆區(qū)分開來.

特別注意的一點是, 方法區(qū)也被稱為永久代.

方法區(qū)與永久代的關(guān)系

「java虛擬機規(guī)范」只是規(guī)定了有方法區(qū)這么個概念及作用,并沒有規(guī)定如何去實現(xiàn)它.那么,在不同的JVM上方法區(qū)的實現(xiàn)肯定是不同的了.

方法區(qū)和永久代的關(guān)系很像java上接口與類的關(guān)系,類實現(xiàn)了接口,而永久代就是HotSpot虛擬機對虛擬機規(guī)范中方法區(qū)的一種實現(xiàn)方式.

也就是說, 永久代是HotSpot的概念, 方法區(qū)是java虛擬機規(guī)范

中的定義,是一種規(guī)范, 而永久代是一種實現(xiàn). 一個是標準,一個是實現(xiàn),其他的虛擬機實現(xiàn)并沒有永久代這一說法

常用參數(shù)

jdk1.8之前永久代還沒有被徹底移除的時候,通常使用如下參數(shù)來調(diào)節(jié)方法區(qū)的大小.

-XX:PermSize = N // 方法區(qū)(永久代)初始大小-MaxPermSize = N // 方法區(qū)(永久代)最大值. 如果超過這個值則會拋出OutOfMemoryError異常. // java.lang.OutOfMemoryError: PermGen相對而言,垃圾回收行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的,但是并非數(shù)據(jù)進入方法區(qū)后就永久存在了

jdk1.8的時候, 方法區(qū)(HotSpot的永久代)被徹底移除了(jdk1.7就開始了), 取而代之的是元空間, 元空間使用的是直接內(nèi)存, 下邊是常用的一些參數(shù):

-XX:MetaspaceSize = N // 設(shè)置MetaspaceSize的初始值, 是小值-XX:MaxMetaspaceSize = N // 設(shè)置Metaspace最大值與永久代不同的是,如果不指定大小的話, 隨著更多類的創(chuàng)建,虛擬機會耗盡所有可用的系統(tǒng)內(nèi)存

為什么將永久代(PermGen)替代為元空間(Metaspace)?

整個永久代有一個jvm本身設(shè)置的固定大小上限,無法進行調(diào)整,而元空間使用的是直接內(nèi)存,受本機可用的內(nèi)存的限制,并且永遠不會得到java.lang.OutOfMemoryError;

可以使用-XX:MaxMetaspaceSize標志設(shè)置最大元空間

的大小, 默認值是unlimited, 這意味著它只受系統(tǒng)內(nèi)存的限制.

-XX:MetaspaceSize?調(diào)整標志定義元空間的初始大小, 如果未指定此標志, 則Metaspace將根據(jù)運行時的應(yīng)用程序需求動態(tài)地重新調(diào)整大小.

運行時常量池

運行時常量池也是方法的一部分.class文件中除了有類的版本,字段,方法,接口等描述信息外,還有常量池信息(用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用)

既然運行常量池是方法區(qū)的一部分, 自然受到方法區(qū)內(nèi)存的限制,當常量池無法再申請到內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常.

jdk1.7及之后的版本的jvm已經(jīng)將運行時常量池從方法區(qū)移了出來.在java堆(heap))中開辟了一塊內(nèi)存區(qū)域存放運行時常量池

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存并不是虛擬機運載時數(shù)據(jù)區(qū)域的一部分,也不是虛擬機規(guī)范當中定義的內(nèi)存區(qū)域, 但是這部分內(nèi)存也被頻繁的使用.

直接內(nèi)容也可能導致OutOfMemoryError異常出現(xiàn).

jdk1.4中新加入了NIO(New input/output)類引入了一種基于通道(Channel)與緩存(Buffer)的I/O方式.它可以直接使用Native函數(shù)庫直接分配 堆外內(nèi)存,然后通過一個存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作.這樣就能在一些場景中顯著提高性能. 因為避免了在java堆(heap)中和Native堆之間來回復制數(shù)據(jù).

本機的直接內(nèi)存不會受到j(luò)ava堆的限制,但是既然是內(nèi)存就會受到本機總內(nèi)存大小以及處理器的尋址空間

的限制.