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JVM 内存模型

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摘要:是描述方法执行的内存模型每个方法执行的时候会同时创建一个栈帧,用于存储局部变量表操作数栈动态连接返回地址方法出口等信息。虚拟机是使用局部变量表完成参数值到参数变量表的传递过程。堆内存管理最大的一块。

1. 虚拟机栈 VM Stack

线程私有,生命周期与线程相同。VM Stack是描述Java方法执行的内存模型:每个方法执行的时候会同时创建一个栈帧(Stack Frame),用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址、方法出口等信息。

局部变量表:用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。虚拟机是使用局部变量表完成参数值到参数变量表的传递过程。

操作数栈:虚拟机把操作数栈作为它的工作区。(类似于寄存器,用于存储指令操作需要的数据。)

动态连接:『符号引用』是每个方法的『间接引用』,『符号引用』指向方法的内存位置,调用方法前需要把『符号引用』转换为『直接引用』。

如果在类加载阶段或者第一次调用时,把『符号引用』转为『直接引用』,称为『静态解析』。

如果在运行期间转为『直接引用』,称为『动态连接』。

返回地址:退出方法时要返回的位置。

栈的异常

StackOverflowError: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。如无限递归调用当前方法。

OutOfMemoryError:如果VM Stack可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存时,将抛出OutOfMemoryError。

2. 本地方法栈 Native Method Stack

跟VM Stack很像,但是VM Stack为执行Java方法服务,Native Method Stack为执行Native方法服务。在Sun HotSpot虚拟中,把VM Stack和Native Method Stack合二为一。

3. 堆 Heap

JVM内存管理最大的一块。被Java线程共享的内存区域
唯一功能就是存放对象实例。
堆是垃圾回收器管理的主要区域。,也被称为『GC堆』。

根据垃圾回收分代收集算法,Heap分为新生代和老年代

新生代:程序创建新对象都从新生代分配内存。新生代分为Eden Space和Survivor Space(进入老年代的中转区)。

老年代:经历多次新生代GC(Young GC)仍然存活的对象。

4. 方法区 Method Area

存放class的元数据信息:类名、字段信息、方法信息等 。另外还有类的常量集合:包括实际的常量和对类型、域和方法的符号引用。
简言之,方法区=class信息+运行时常量池。
经常被称为永久代。

方法区的特点:

线程安全。由于所有线程都共享方法区,必须是线程安全的(同步的)。

大小不固定,也不是连续的,可以在Heap中分配。

可以被GC,当某个类不再使用时,JVM将卸载这个类,并进行GC。

可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。

5. 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。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。
此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

总结

内存分配过程

JVM 会试图为相关Java对象在Eden Space中初始化一块内存区域。

当Eden空间足够时,内存申请结束;否则到下一步。

JVM 试图释放在Eden中所有不活跃的对象(这属于1或更高级的垃圾回收)。释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象,则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区。

Survivor区被用来作为Eden及Old的中间交换区域,当Old区空间足够时,Survivor区的对象会被移到Old区,否则会被保留在Survivor区。

当Old区空间不够时,JVM 会在Old区进行完全的垃圾收集(0级)。

完全垃圾收集后,若Survivor及Old区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象,导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域,则出现“outofmemory”错误。

对象内存访问

即使是最简单的访问,也会却涉及Java 栈、Java 堆、方法区这三个最重要内存区域之间的关联关系,如下面的这句代码:

Object obj = newObject();

VM Stack:“Object obj”这部分的语义将会反映到VM Stack的本地变量表中,作为一个reference 类型数据出现。

Heap:而“new Object()”这部分的语义将会反映到Java 堆中,形成一块存储了Object 类型所有实例数据值(Instance Data,对象中各个实例字段的数据)的结构化内存,根据具体类型以及虚拟机实现的对象内存布局(Object Memory Layout)的不同,这块内存的长度是不固定的。

方法区:另外,在Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据(如对象类型、父类、实现的接口、方法等)的地址信息,这些类型数据则存储在方法区中。

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