Java 内存区域介绍

注:本文内容均来自《深入理解 Java 虚拟机》,仅为学习记录。

1. Java 虚拟机运行时数据区

Java 虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域,如图所示:

Java 内存区域介绍

1.1 程序计数器

它是一块较小的内存空间,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。
它可以看做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完成。
每条线程都有一个独立的程序计数器,彼此互不影响,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;如果正在执行的是 Native 方法,这个计数器值则为空 (Undefined)

1.2 Java 虚拟机栈

它描述的是 Java 方法执行的同时都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用知道执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
其中局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和 returnAddress 类型 (指向一个字节码指令的地址)。
局部变量表所需的内存空间是在编译期间完成分配的,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,在方法执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况:

  • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出 *Error 异常
  • 如果虚拟机动态拓展时无法申请到足够的内存,将抛出 OutOfMemoryError 异常。

1.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似,它们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,而本地方法栈是为虚拟机使用到的 Native 方法服务。
同虚拟机栈一样,该区域也会抛出 *Error 和 OutOfMemoryError 异常。

1.4 Java 堆

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。此内存区域唯一的目的就是存放对象实例,几乎所有对象实例都在这里分配内存。
根据 Java 虚拟机规定,Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。
如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再拓展时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

1.5 方法区

方法区和 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。
该区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

1.5.1 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中有类的版本、字段、方法、接口和常量池等描述信息。其中常量池用于存放编译期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。

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