jvm運行時數據區域解析

jopen 11年前發布 | 59K 次閱讀 Java開發 JVM

Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同數據區域。這些區域都有各自的用途，以及創建和銷毀的時間，有的區域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區域則是依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。

 jvm運行時數據區域解析

一、程序計數器（寄存器）
  • 當前線程所執行的字節碼行號指示器
  • 字節碼解釋器工作依賴計數器控制完成
  • 通過執行線程行號記錄，讓線程輪流切換各條線程之間計數器互不影響
  • 線程私有，生命周期與線程相同，隨JVM啟動而生，JVM關閉而死
  • 線程執行Java方法時，記錄其正在執行的虛擬機字節碼指令地址
  • 線程執行Nativan方法時，計數器記錄為空（Undefined）
  • 唯一在Java虛擬機規范中沒有規定任何OutOfMemoryError情況區域
程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它的作用可以看做是當前線程所執行的字節碼行號指示器。字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下 一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。
由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多喝處理器來說是一個內核） 只會執行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間的計數器互不影響、獨立存 儲，我們稱這類內存區域為“線程私有”的內存。
如果線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執行的是Natvie方法，這個計數器值則為空 （Undefined）。此內存區域是唯一一個在Java虛擬機規范中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
二、Java虛擬機棧
  • 線程私有，生命周期與線程相同
  • 用于存儲局部變量、操作棧、動態鏈接、方法出口
  • 每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程
與程序計數器一樣，Java虛擬機棧（Java Vitual Machine Stacks）也是線程私有的，他的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀 （Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的 過程。
局部變量表存放了編譯器克制的各種基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（Object reference）和字節碼指令地址（returnAddress類型）。
在Java虛擬機規范中，對于此區域規定了兩種異常狀況：
如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；

如果虛擬機棧可以動態擴展，當擴展時無法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

對于32位的jvm，默認大小為256kb, 而64位的jvm, 默認大小為512kb,可以通過-Xss設置虛擬機棧的最大值。不過如果設置過大，會影響到可創建的線程數量。

三、本地方法棧
本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發揮的作用非常類似，區別在于虛擬機棧為虛擬機執行Java方法服務，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native方法服務。
四、Java堆
  • Java堆（java heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊
  • 它是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建
Java堆是垃圾收集管理的主要戰場。根據Java虛擬機規范的規定，Java堆可以處于物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的 磁盤空間一樣。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的。（通過-Xmx和-Xms控制）
如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
五、方法區
方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。
Java虛擬機規范對這個區域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續的內存和可以選擇固定大小或者可擴展外，還可以選擇不實現垃圾收集。
根據Java虛擬機規范的規定，當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

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