Java 内存空间类别

1. 概述

Java 不像 C/C++ 需要程序员自己管理内存,Java 把内存控制的权利交给类 Java 虚拟机。

2. 运行时数据区域

JVM 在 Java 程序运行时把它所管理的内存划分为几个不同的数据区域。

运行时内存区域

2.1 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存,它可以看作 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,字节码解释器的工作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,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要这个计数器来完成**。

如上图所示,程序计数器是线程私有的。

如何执行工作

如果线程正在执行一个 Java 方法,这个计数器记录的正是执行的虚拟机字节码指令的地址,如果执行的是 Native 方法,这个计数器值为空。

2.2 Java 虚拟机栈

Java 虚拟机栈是线程私有的,其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 Java 方法执行的同时都会创建一个 栈帧(stack frame),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。每一个方法从调用到执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

平时的把 Java 内存分为 堆内存(heap) 和 栈内存(stack) 的分类方法是比较粗糙的,实际分类方法十分复杂。这种分类方法中栈即为虚拟机栈,或为虚拟机中的局部变量表。

局部变量表存放了编译期可知的各种数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(不等同于对象本身,可能是一个对象起始地址的引用指针,也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress(指向一条字节码指令的地址)。

局部变量表所需的内存空间在编译期间分配完成,当进入一个方法时,这个方法需要在栈帧中分配多的的局部变量空间是完全确定的,在方法的运行期间不会改变局部变量表的大小。

2.3 本地方法栈

本地方方法栈与虚拟机栈发挥的作用相似,不同的是该栈为 Native 方法服务。

2.4 Java 堆

Java 堆对于大部分应用来说都是 JVM 所管理的内存中最大的一块。Java 堆是 所有线程共享 的一块内存区域,在虚拟机启动时创建

Java 堆的唯一的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 – 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配

Java 堆的分配可以在物理上不连续的内存空间,只要逻辑上连续就可以,可以固定大小,也可以扩展空间。

Java 堆是 GC 发生的主要区域。

2.5 方法区

方法区与 Java 堆一样是所有线程共享的内存空间,它用于储存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据。Java 虚拟机把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它还有一个别名 – Non-Heap(非堆),目的应该是与 Java 堆区分。

2.6 运行时常量池

运行区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 ,用于存放编译器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去的运行时常量池中存放。

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字面量和符号引用-->常量池-->运行时常量池

2.7 直接内存

没有接触过相关概念。

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,所以我们放到这里一起讲解。

2.8 小结

数据区域 功能 线程相关 备注
程序计数器 字节码执行指示器 线程私有
Java 虚拟机栈 为 Java方法服务、存放编译期基本数据类型以及对象引用 线程私有 平常被称为的 “栈”、空间较小
本地方法栈 与 Java 虚拟机栈类似,为 Native 方法服务 线程私有
Java 堆 存放对象(对象实例以及数组) 线程共享
方法区 存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后等数据 线程共享
运行时常量池 常量池存放编译期生成的各种字面量和符号引用、常量池在类加载后存储在运行时常量池 线程共享
直接内存

知识链接

    深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践

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