##JVM运行时数据区域分为:
(1)程序计数器:当前线程的字节码执行位置的指示器。内存空间小,线程私有。如果线程正在执行一个 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,这个计数器的值则为 (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 OutOfMemoryError 情况的区域。
(2)Java虚拟机栈:线程私有,生命周期和线程一致。描述的Java方法执行的内存模型,每个方法在执行的同时会创建一个栈帧(Stack Frame),存储着局部变量、操作数栈、动态链接和方法出口等。每一个方法从调用直至执行结束,就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表:存放了编译期可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型)和 returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址)。
StackOverflowError:线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。
OutOfMemoryError:如果虚拟机栈可以动态扩展,而扩展时无法申请到足够的内存。
(3)本地方法栈:区别于 Java 虚拟机栈的是,Java 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。也会有StackOverflowError和 OutOfMemoryError 异常。
(4)Java堆:所有对象实例分配的区域。对于绝大多数应用来说,这块区域是 JVM 所管理的内存中最大的一块。线程共享,主要是存放对象实例和数组。内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。可以位于物理上不连续的空间,但是逻辑上要连续。
OutOfMemoryError:如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,抛出该异常。
(5)方法区:所有已经被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编辑器编译后的代码数据。在 较早的JVM版本中,方法区也被称为永久代(Permanent Generation),但在JDK 8及以后的版本中,永久代被元空间(Metaspace)所取代。
2. 运行时数据区域详细说明
2.1 程序计数器
程序计数器(Program Counter Register) 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。
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。
由于 Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。
因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有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。
如果线程正在执行的是一个 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OutOfMemoryError情况的区域。
2.2 Java 虚拟机栈
Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它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,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame) 用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等消息。每一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栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,可能是一个指向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 类型(指向了一条字节码指令的地址)。
其中 64 位长度的 long 和 double 类型的数据会占用两个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在 Java 虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状态:
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的的深度,将抛出 StackOverflowError 异常。
如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出 OutOfMemoryError 异常。
2.3 本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stack) 与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(例如:Sun HotSpot虚拟机)直接就把虚拟机栈和本地方法栈合二为一。与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。
2.4 Java 堆
对于大多数应用来说,Java 堆(Java Heap) 是 Java 虚拟机所管理的的内存中最大的一块。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。此内存区域的唯一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。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,从内存回收的角度来看,由于现在收集器基本采用分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等。
从内存分配的角度来看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。不过无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好地回收内存,或者更快地分配内存。
2.5 方法区
方法区(Method Area)与 Java 堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
运行时常量池(Runtime Constant Pool) 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(Constant Pool Table),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区的运行时常量池中存放。
既然运行时常量池是方法区的一部分,自然受到方法区内存的限制,当常量池无法再申请到内存时就会抛出 OutOfMemoryError 异常。
扩展:String s1 = "abc"和String s2 = new String(“abc”)的区别,生成对象的情况
指向方法区:"abc"是常量,所以它会在方法区中分配内存,如果方法区已经给"abc"分配过内存,则s1会直接指向这块内存区域。
指向Java堆:new String(“abc”)是重新生成了一个Java实例,它会在Java堆中分配一块内存。