JVM 內(nèi)存區(qū)域

JVM會將Java進程所管理的內(nèi)存劃分為若干不同的數(shù)據(jù)區(qū)域. 這些區(qū)域有各自的用途、創(chuàng)建/銷毀時間:

一. 線程私有區(qū)域

線程私有數(shù)據(jù)區(qū)域生命周期與線程相同, 依賴用戶線程的啟動/結(jié)束而創(chuàng)建/銷毀(在Hotspot VM內(nèi), 每個線程都與操作系統(tǒng)的本地線程直接映射, 因此這部分內(nèi)存區(qū)域的存/否跟隨本地線程的生/死).

1. Program Counter Register(程序計數(shù)器):

一塊較小的內(nèi)存空間, 作用是當(dāng)前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號指示器(類似于傳統(tǒng)CPU模型中的PC), PC在每次指令執(zhí)行后自增, 維護下一個將要執(zhí)行指令的地址. 在JVM模型中, 字節(jié)碼解釋器就是通過改變PC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(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴PC完成(僅限于Java方法, Native方法該計數(shù)器值為undefined).?
不同于OS以進程為單位調(diào)度, JVM中的并發(fā)是通過線程切換并分配時間片執(zhí)行來實現(xiàn)的. 在任何一個時刻, 一個處理器內(nèi)核只會執(zhí)行一條線程中的指令. 因此, 為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置, 每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器, 這類內(nèi)存被稱為“線程私有”內(nèi)存.

2. Java Stack(虛擬機棧)

虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型: 每個方法被執(zhí)行時會創(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. 每個方法被調(diào)用至返回的過程, 就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程(VM提供了-Xss來指定線程的最大棧空間, 該參數(shù)也直接決定了函數(shù)調(diào)用的最大深度).

局部變量表(對應(yīng)我們常說的‘堆?！械摹畻！?存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型(如boolean、int、double等) 、對象引用(reference : 不等同于對象本身, 可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返闹羔? 也可能指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關(guān)的位置, 見下: HotSpot對象定位方式) 和?returnAddress類型(指向一條字節(jié)碼指令的地址). 其中long和double占用2個局部變量空間(Slot), 其余只占用1個. 如下Java方法代碼可以使用javap命令或javassist等字節(jié)碼工具讀到:

public?String?test(int?a,?long?b,?float?c,?double?d,?Date?date,?Listlist)?{
????StringBuilder?sb?=?new?StringBuilder().append(a).append(b).append(c).append(d).append(date);

????for?(String?str?:?list)?{
????????sb.append(str);
????}

????return?sb.toString();
}

123456789

注: javap/javassist讀到的其實是靜態(tài)數(shù)據(jù), 而局部變量表內(nèi)存儲的卻是運行時動態(tài)加載的動態(tài)數(shù)據(jù), 但因為局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間即可完成分配, 當(dāng)進入一個方法時, 這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的,在方法運行期間大小不會改變, 因此可以在概念上認定這兩部分內(nèi)容存儲的數(shù)據(jù)格式相同.

3. Native Method Stack(本地方法棧)

與Java Stack作用類似, 區(qū)別是Java Stack為執(zhí)行Java方法服務(wù), 而本地方法棧則為Native方法服務(wù), 如果一個VM實現(xiàn)使用C-linkage模型來支持Native調(diào)用, 那么該棧將會是一個C棧(詳見:?JVM學(xué)習(xí)筆記-本地方法棧(Native Method Stacks)), 但HotSpot VM直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一.

二. 線程共享區(qū)域

隨虛擬機的啟動/關(guān)閉而創(chuàng)建/銷毀.

1. Heap(Java堆)

幾乎所有對象實例和數(shù)組都要在堆上分配(棧上分配、標(biāo)量替換除外), 因此是VM管理的最大一塊內(nèi)存, 也是垃圾收集器的主要活動區(qū)域. 由于現(xiàn)代VM采用分代收集算法, 因此Java堆從GC的角度還可以細分為:?新生代(Eden區(qū)、From Survivor區(qū)和To Survivor區(qū))和老年代; 而從內(nèi)存分配的角度來看, 線程共享的Java堆還還可以劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)(TLAB). 而進一步劃分的目的是為了更好地回收內(nèi)存和更快地分配內(nèi)存.

2. Method Area(方法區(qū))

即我們常說的永久代(Permanent Generation), 用于存儲被JVM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). HotSpot VM把GC分代收集擴展至方法區(qū), 即使用Java堆的永久代來實現(xiàn)方法區(qū), 這樣HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一樣管理這部分內(nèi)存, 而不必為方法區(qū)開發(fā)專門的內(nèi)存管理器(永久帶的內(nèi)存回收的主要目標(biāo)是針對常量池的回收和類型的卸載, 因此收益一般很小)

不過在1.7的HotSpot已經(jīng)將原本放在永久代的字符串常量池移出:?

而在1.8中, 永久區(qū)已經(jīng)被徹底移除, 取而代之的是元數(shù)據(jù)區(qū)Metaspace(這一點在查看GC日志和使用jstat -gcutil查看GC情況時可以觀察到),與永久代不同, 如果不指定Metaspace大小, 如果方法區(qū)持續(xù)增長, VM會默認耗盡所有系統(tǒng)內(nèi)存.

運行時常量池?
方法區(qū)的一部分. Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外,還有一項常量池(Constant Pool Table)用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用, 這部分內(nèi)容會存放到方法區(qū)的運行時常量池中(如前面從test方法中讀到的signature信息). 但Java語言并不要求常量一定只能在編譯期產(chǎn)生, 即并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進入方法區(qū)運行時常量池, 運行期間也可能將新的常量放入池中, 如String的intern()方法.