Java运行时数据区划分原理解析

Java中对象创建,内存分配,垃圾回收的权力交给了虚拟机,这其中有利也有弊,程序员也减轻了负担,但是如果不熟悉Java的内存区域划分,一旦出现内存溢出和泄漏,将会很难定位问题的根源,这就有必要了解Java的运行时数据区划分。

方法区(Method Area)

是由各个线程共享的内存区域,用来存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

堆(Heap)

Java虚拟机所管理的一块最大的内存区域,由所有的线程共享的一块内存区域;堆内存在虚拟机启动时创建,用来存放对象实例,数组;Java堆是垃圾收集器管理的内存,在G1垃圾收集器之前,堆内存普遍采用分代设计思想,新生代,老年代,永久代...,现代垃圾收集器已经不主张采用分代设计理论概念;Java堆既可以被实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过参数-Xmx和-Xms设定)。如果在Java堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

虚拟机栈(VM Stack)

虚拟机栈为线程私有,每个方法执行时,虚拟机都会创建栈帧存储局部变量表(包含Java的基本数据类型,以及对象的引用,非对象本身)、操作数栈、动态连接方法出口等信息,方法从被调用到执行结束,对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。基本数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽(slot)来表示,64位长度的long和double占用两个变量槽,其余数据类型占用一个,局部变量表所需要的内存空间在编译期完成,因此进入方法时,每个方法在栈帧需要分配的空间时确定的,运行期间并不会改变局部变量表的大小(即变量槽的数量),每个槽的空间大小根据虚拟机的实现而定。
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果Java虚拟机栈容量可以动态扩展[2],当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈(Native Method Stack)

类似于虚拟机栈的作用,区别在于虚拟机栈用来执行Java的方法,本地方法栈为虚拟机使用到的笨的方法服务。

程序计数器(Program Counter Register)

是Java内存中较小的一部分内存空间,由每个Java线程所独享,可以理解为当前线程执行的字节码行号指示器,Java中程序的执行往往是多线程的,在某一个确切的时刻,一个处理器内核直会执行线程中的一条指令,每个线程都是在不停的切换执行,为了保证切换后可以执行到正确的位置,每个线程都要有一个独立的程序计数器,每个计数器之间互不影响。

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