JVM 内存布局

JVM 中将内存分为若干部分:堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

  1. 程序计数器:该区域是内存中较小的一块区域、是当前线程在执行的字节码的行号指示器。程序计数器是线程私有的,每个线程都有一个程序计数器,线程之间的程序计数器相互独立,互不干扰,是 Java 虚拟机中唯一一个没有规定任何 OutOfMemoryError 的区域

  2. 虚拟机栈:是线程私有的,其生命周期与线程是相同的。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。每个方法从调用到结束就会有栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈。一个方法的调用链可能会很长,于是当调用一个方法时,可能会有很多的方法都处于执行状态,但是对于执行引擎来说,位于虚拟机栈顶的栈帧才是有效的,这个栈帧被称为当前栈,这个栈帧所关联的方法称为当前方法,执行引擎的所有命令都是针对当钱栈帧进行操作的。

    • StackOverflowError 异常:当线程申请的栈空间大于虚拟机所允许的深度时发生的异常。

    • OutOfMemonryError:当虚拟机栈无法申请到足够的内存时发生的异常

    局部变量表是一组变量值的存储空间,局部变量表的存储单位是 slot(32字节),若是实例方法,则第 0 个 slot 是存储的指向所有实例对象的引用,在方法中可以通过 this 来访问这个隐含的参数;往下是参数,再往下是方法内的局部变量。对于操作数栈,在方法刚开始执行时操作数栈为空,执行过程中会有各种字节码指令写入或者弹出。比如算法运算或者调用其它方法时的参数等。

    • 动态链接:类似于静态链接即解析时将符号引用转化为直接引用,动态链接指在运行时转化为直接引用
  3. 本地方法栈:功能与虚拟机栈相同,只不过本地方法栈是为 native 方法服务

  4. 堆:Java 堆是被线程共享的一块区域。Java 堆用来存放实例对象以及数组对象。由于现在有了逃逸分析技术,也可以将对象分配在栈上。同时 Java 堆也是垃圾回收的主要区域,垃圾回收主要采用分代回收,有年轻代,老年代。Java 堆可以是物理上不连续的区域,只要逻辑上连续即可。在堆中为对象分配内存的方法有:碰撞指针(假设Java堆中内存时完整的,已分配的内存和空闲内存分别在不同的一侧,通过一个指针作为分界点,需要分配内存时,仅仅需要把指针往空闲的一端移动与对象大小相等的距离。使用的GC收集器:Serial、ParNew,适用堆内存规整(即没有内存碎片)的情况下。)和空闲列表(事实上,Java堆的内存并不是完整的,已分配的内存和空闲内存相互交错,JVM通过维护一个列表,记录可用的内存块信息,当分配操作发生时,从列表中找到一个足够大的内存块分配给对象实例,并更新列表上的记录。使用的GC收集器:CMS,适用堆内存不规整的情况下。)选择哪一种方法取决于是否规整,是否规整取决于使用的垃圾回收算法是否压缩。对象的访问一般有两种方式:句柄和直接访问。堆空间不足时抛出 OutOfMemonryError

  5. 方法区:与堆一样,是线程共享的区域。用于存储已经被虚拟机加载的类的类信息、常量、静态常量、编译后的代码,运行时常量池(存储编译器生成的各种字面量与符号引用)等。方法区中有一个运行时常量池,class 文件中的常量池在被类加载后就被放入运行时常量池。运行时常量池相对于 class 文件中的常量池,具有动态性。可以在运行期间通过 intern 将常量放入池中,方法区空间不足时抛出 OutOfMemonryError

  6. 在 Java 虚拟机的规范外还存在一个堆外内存,即直接内存。堆外内存能减少 IO 时的内存复制,实现零拷贝,不需要堆内存 Buffer 拷贝一份到直接内存中,然后才写入 Socket 中;而且也没 GC。

    优点:

    • 减少了垃圾回收的工作,因为垃圾回收会暂停其他工作

    • 加快了复制速度。因为堆内在 flush 到远程时,会先复制到直接内存(非堆内存),然后再发送;而堆外内存相当于省略掉了这个工作

    缺点:

    • 堆外内存难以控制,如果内存泄露,那么很难排查

    • 堆外内存相对来说,不适合存储很复杂的对象。一般简单对象或者扁平化的比较合适

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