JVM运行时数据区域

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,本篇文章将会对这些数据区域进行简略的介绍。
JVM所管理的内存包括的数据区域如下图所示:

根据这张图我们来一个个介绍这些数据区域。

程序计数器

程序计数器(ProgramCounterRegister)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。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型,各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现),字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

每条线程都需要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,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器值则为空(Undefined)。

此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域。

虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的,生命周期与线程相同。
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行时都会创建一个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中入栈到出栈的过程。

常说的堆和栈中的栈其实指的是Java虚拟机栈或说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常情况:
- 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;
- 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;

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈作用类似,区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

与虚拟机栈一样,本地方法中也会抛出StackOverflowError和OOM异常

Java堆

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。用来存放对象实例。

从内存回收角度看,由于现在收集齐基本都采用分代收集算法,所以Java堆还可以细分为:新生代和老年代。从内存分配角度看,线程共享的Java堆中额能划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB)

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上连续即可。实现时可固定大小也可扩展大小(-Xmx,-Xms)。如果队中没有内存完成实例分配,且堆也无法再扩展,会抛出OOM异常。

方法区

方法区与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域。

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码数据,别名Non-Heap。

当方法区无法满足内存分配需求时,抛出OOM异常。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。
当常量池无法再请到内存时会抛出OOM异常。

直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分,不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但这部分内存也被频繁使用,也可能导致OOM。本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但还是会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。

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