【Java小知识】JVM内存模型的理解和总结

前言

JVM内存模型几乎是面试必备,个人认为也是对于如何更深入的理解Java程序的运行,包括实际应用场景中Java内存问题的处理都有极大的帮助。

运行时的数据区域划分

JVM会在执行Java程序的过程中把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域,见下图:

在这里插入图片描述

程序计数器

程序计数器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。如果执行的是一个Java方法,用于记录正在执行的虚拟机字节指令地址。如果是Native方法,则计数器值为空(Undefined)。

每个线程都需要有一个独立的程序计数器,保证多线程之间计数器互不影响,所以是线程私有的内存

此内存区域是唯一一个不会出现OOM的区域。 生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。

Java虚拟机栈

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、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机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数据类型、对象引用类型。

线程私有,生命周期与线程相同。

存在两种异常场景:

1、如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将跑出StackOverflowError异常;
2、如果虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

和虚拟机栈类似,不过本地方法栈是为Native方法服务,同样是线程私有。

常见的本地方法:如System.currentTimeMillis()。

Java堆

Java堆是Java虚拟机所管理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,存储几乎所有的对象实例。GC回收的区域,从内存回收的角度来看,GC回收器采用分代收集算法,所以Java堆可以细分为新生代和老年代,再细分的有Eden空间、Survivor空间等。

后续再细讲Java堆GC回收机制。关于GC你不得不知道的事情

当堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会跑出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,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。通常我们叫它非堆Non-Heap,便于区分Java堆。

也被很多人称为永久带,回收目标主要是常量池的回收和对类型的卸载。

和堆一样,允许固定大小,也允许可扩展的大小,还允许不实现垃圾回收。
当方法区内存空间无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。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,用于存放编译期生成的各种字面量和符合引用,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。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

小结

JVM内存模型主要分为5大块:

  1. 程序计数器:用于记录正在执行的虚拟机字节地址,线程私有;
  2. Java虚拟机栈:存放基本数据类型、对象的引用、方法出口等,线程私有;
  3. 本地方法栈:和Java虚拟栈相似,服务于Native方法,线程私有;
  4. Java堆:Java内存中最大的一块,几乎所有的对象实例、数组都存放在Java堆,GC回收的地方,线程共享;
  5. 方法区:存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码数据等,回收的主要目标是常量池的回收和类的卸载,线程共享。

参考:
深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践

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