詳解Java虛擬機管理的內(nèi)存運行時數(shù)據(jù)區(qū)域

概述

    Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間，有的區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區(qū)域則是依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。

程序計數(shù)器

    程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支，循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。

    如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址，如果正在執(zhí)行的是Native方法，這個計數(shù)器值則為空。此內(nèi)存區(qū)域是唯一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OurOfMemoryError情況的區(qū)域。

虛擬機棧

    與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息。每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

    局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（Object reference）和字節(jié)碼指令地址（returnAddress類型）。

    在Java虛擬機規(guī)范中，對于此區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機?？梢詣討B(tài)擴展，當擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常。

    對于32位的jvm，默認大小為256kb, 而64位的jvm, 默認大小為512kb,可以通過-Xss設置虛擬機棧的最大值。不過如果設置過大，會影響到可創(chuàng)建的線程數(shù)量。

方法區(qū)

    方法區(qū)與Java堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

    根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

    本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用非常類似，區(qū)別在于虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法服務，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native方法服務。

Java堆

    Java堆（java heap）是Java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊，它是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建，此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。

    Java堆是垃圾收集管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱為 "GC" 堆。

    根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的。（通過-Xmx和-Xms控制）如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

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