Java的內存區域(堆、棧)

一提到Java的內存區域大家第一時間想到的可能就是堆和棧,堆用來存放對象,棧用來存儲方法執行時的局部變量等。但是Java的內存并不只是分為這兩塊。比如說,類加載之后的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據,是存放在一個叫方法區的地方。

運行時數據區域

一個進程對應一個Java虛擬機,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的數據區域。根據《Java虛擬機規范(Java SE 7版)》的規定,Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行時數據區域。

  1. 程序計數器(線程私有)
  2. Java虛擬機棧(線程私有)
  3. 本地方法棧(線程私有)
  4. 方法區(線程共享)
  5. 堆(線程共享)

程序計數器,Java虛擬機棧,本地方法棧是線程私有的,線程私有的意思就是虛擬機會為每個線程分配一塊內存區域供線程使用。而線程共享就是所有的線程都是用著同一塊內存區域。為什么這么分看下面每個區域的介紹就很容易理解了。


程序計數器

程序技術器是一塊較小的內存看空間,它可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里,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。
  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(對于多核處理器來說就是其中一個內核)都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,每條線程都需要一個獨立的程序技術器,各條線程之間計數器互不影響。所有我們稱之為線程私有的內存。
  另外一點,程序計數器內存區域是唯一一個在Java虛擬機規范中沒有規定任何OOM情況的區域。

Java虛擬機棧

此內存區域也是線程私有的,它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:每個方法在執行的同時會創建一個棧幀,用于存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調用直至執行完成的過程,就對應者一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。
  其中局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數據類型、對象引用類型。局部變量表所需的內存空間在編譯器間完成分配,當進入一個方法時,這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完成確定的,在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。
  當線程請求的棧深度(線程中連續調用的方法過多)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,在擴展時無法申請到足夠的內存,就會拋出OutOfMemoryError異常(內存溢出)

本地方法棧

本法方法棧和虛擬機棧發揮的作用是非常相似的,它們之間的區別不過是虛擬機棧為虛擬機執行Java方法服務,而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。在這里就不作過多介紹,有興趣的可以自行查詢相關知識。
  和虛擬機棧一樣也可能會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常

Java堆

對于大多數應用來說,Java堆應該Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊,Java堆是被所有線程共享的一塊區域,在虛擬機啟動時創建。此內存區域的目的就是存放對象的實例。本來所有的對象實例以及數組都在堆上分配的,但是隨之技術發展 ,漸漸地并不是所有的對象都是分配在堆上了。
  Java堆是垃圾收集器管理的主要區域,所以很多時候也稱為GC堆。所以從內存回收的角度來看,由于現在的垃圾收集器基本都采用分代收集算法(就是一種根據對象實例的“年齡”去決定是否回收和何時回收的內存回收算法),所以Java堆中還可以細分為:新生代和老年代
  如果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OOM。

方法區

方法區和Java堆一樣,也是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
  在這里,JDK1.7的HotSpot中,已經把放在方法區的字符串常量池移出了。至于為什么,這跟永久代有些關聯,在這里先暫時不展開,以后可能會專門寫一篇博客簡單講解。
  根據Java虛擬機規范,當方法區無法滿足內存分配需求時,將拋出OOM。

運行時常量池

運行時常量池時方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外,還有一項信息是常量池,用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用,這部分內容將在類加載后進入方法區的運行時常量池中存放。(注意,這里的Class文件中常量池和方法區運行時常量池不是一回事
  運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性,Java語言并不要求常量移動只有編譯器才能產生,也就是并非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池,運行期間也可能將新的常量放入池中,這種特性被開發人員利用的比較多的便是String類的intern()方法。
  既然是方法區的一部分,自然受到方法區內存的限制,當運行時常量池無法再申請到內存時會拋出OOM(在JDK 1.6及以前,方法區可以通過-XX:PermSize和-XX:MaxPremSize限制大小,從而限制運行時常量池大小,當無法申請到內存時,運行時常量池發生OOM,在異常信息可以看到,這個常量池是在方法區內的。但是在JDK 1.7之后,常量池是在堆里面的,內存大小沒有受限制,沒那么容易發生OOM)

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