Rickwan's Blog

Java运行时数据区

为之于未有,治之于未乱。

Java虚拟机

虚拟机是一种抽象化的计算机,通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构,如处理器、堆栈、寄存器等,还具有相应的指令系统。JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息,使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。

  • 类加载器子系统
  • 执行引擎子系统
  • 垃圾收集子系统

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中,会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域,这些数据区域会随着虚拟机(JVM)进程的启动或者用户线程的启动和结束而建立和销毁。数据区域主要分为以下几类:
1、线程私有内存区域:

  • 程序计数器 (Program Counter Register)
  • 虚拟机栈 (VM Stack)
  • 本地方法栈 (Native Method Stack)

2、所有线程共有内存区域:

  • 堆 (Heap)
  • 方法区 (Method Area)

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间,它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器;字节码解释器在工作时通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,来完成分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各线程之间计数器互不影响,独立存储。
如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果执行的是Native方法,这个计数器值则为空(Undefined)。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

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、返回地址等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈和出栈的过程。与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是程序私有,它的生命周期与线程相同。
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;如果虚拟机栈扩展时无法申请到足够的内存,将会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似,其区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

Java堆是所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建,也是JVM管理的内存中最大的一块,所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区和Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它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。
根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将会抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池(Runtime Constant Pool)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号应用,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,将抛出OutOfMemoryError异常。