JVM内存模型-上海怡健医学(Java虚拟机)

JVM内存模型

Java虚拟机（Java Virtual Machine = JVM）的内存空间分为五个部分，即：

1.程序计数器

2. Java虚拟机堆栈

3.本机方法堆栈

4.堆

5.方法区域。

以下是对这五个领域的深入介绍。

一、程序计数器

1. 1.什么是程序计数器？

程序计数器是一个很小的存储空间，可以看作是当前线程正在执行的字节码的行号的指示器。换句话说，程序计数器记录了当前线程当前正在执行的字节码指令的地址。

注意：但是，如果当前线程正在执行本地方法，则程序计数器此时为空。

1. 2.程序计数器的作用

程序计数器具有两个功能：

字节码解释器通过更改程序计数器顺序读取指令，从而实现代码流控制，例如顺序执行，选择，循环和异常处理。

在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程的执行位置，以便在切换回该线程时，您可以知道该线程上次运行的位置。

1. 3.程序计数器的功能

这是一个很小的存储空间

线程私有。每个线程都有一个程序计数器。

是唯一不会发生OutOfMemoryError的内存区域。

生命周期是在创建线程时创建的，并程结束时终止。

二. Java虚拟机堆栈（JVM堆栈）

2. 1.什么是Java虚拟机堆栈？

Java虚拟机堆栈是描述Java方法运行过程的内存模型。

Java虚拟机堆栈为每个要运行的Java方法创建一个称为“堆栈框架”的区域。该区域用于存储该方法在其操作期间所需的一些信息。这些信息包括：

局部变量表

存储基本数据类型变量，引用类型变量和returnAddress类型变量。

操作数堆栈

动态链接

方法导出信息

等待

当一种方法将要执行时，Java虚拟机堆栈将首先在Java虚拟机堆栈中为该方法创建一个“堆栈框架”。堆栈框架包含局部变量表，操作数堆栈，动态链接和方法出口。信息等。当方法需要在操作期间创建局部变量时，该局部变量的值将存储在堆栈帧的局部变量表中。

执行此方法时，与该方法相对应的堆栈帧将从堆栈中弹出，并释放内存空间。

注意：经常说Java的内存空间分为“堆栈”和“堆”。局部变量存储在堆栈中，对象存储在堆中。

这句话并不完全正确！可以通过这种方式理解此处的“堆”，但是此处的“堆栈”仅表示Java虚拟机堆栈中局部变量表的一部分。真正的Java虚拟机堆栈由堆栈框架组成，每个堆栈框架具有：局部变量表，操作数堆栈，动态链接，方法导出信息。

2. 2. Java虚拟机堆栈的功能

执行该方法时将创建局部变量表，并创建堆栈框架。此外，局部变量表的大小是在编译时确定的，创建时仅需要分配预定大小。另外，在方法运行期间，局部变量表的大小不会改变。

Java虚拟机堆栈中发生两个异常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

a）StackOverFlowError：

如果Java虚拟机堆栈的内存大小不允许动态扩展，则当线程请求堆栈的深度超过当前Java虚拟机堆栈的最大深度时，将引发StackOverFlowError异常。

b）OutOfMemoryError：

如果Java虚拟机堆栈的内存大小允许动态扩展，并且当线程请求堆栈时内存已用完，并且无法再动态扩展，则此时将抛出OutOfMemoryError异常。

Java虚拟机堆栈也是线程专用的。每个线程都有自己的Java虚拟机堆栈，该虚拟机堆栈是在创建线程时创建的，并随着线程的死而消失。

注意：StackOverFlowError与OutOfMemoryError之间有什么异同？

StackOverFlowError表示当前线程请求的堆栈超出了堆栈的预定最大深度，但是可能有很多内存空间。

OutOfMemoryError指的是以下事实：当线程申请堆栈时，发现堆栈已满，并且内存全部用完。

3.本机方法堆栈

3. 1.什么是本机方法堆栈？

由本地方法堆栈和Java虚拟机堆栈实现的功能相似，不同之处在于本地方法区域是本地方法操作的内存模型。

执行本地方法时，还将在本地方法堆栈中创建一个堆栈框架，以存储本地变量表，操作数堆栈，动态链接和本地方法的导出信息。

执行该方法后，将弹出相应的堆栈帧并释放内存空间。

它还会引发StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

4.堆

4. 1.什么是堆？

堆是用于存储对象的内存空间。

几乎所有对象都存储在堆中。

4. 2.堆的特征

线程共享

整个Java虚拟机只有一个堆，并且所有线程都访问同一堆。程序计数器，Java虚拟机堆栈和本地方法堆栈都对应一个线程。

在虚拟机启动时创建

垃圾收集的主要场所。

它可以进一步细分为：新一代和老一代。

新一代可以分为：伊甸园，从幸存者到幸存者。

不同区域存储具有不同生命周期的对象。这样，可以根据不同的区域使用不同的垃圾收集算法，从而更具针对性和效率。

堆的大小可以是固定的或可扩展的，但是主流虚拟机堆的大小是可扩展的，因此当线程请求分配内存但堆已满并且内存已满且无法扩展时，它将抛出OutOfMemoryError。

5.方法区域

5. 1.什么是方法区域？

Java虚拟机规范中定义的方法区域是堆的逻辑部分。

方法区域存储虚拟机已加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译的代码等。

5. 2.方法区域的特征

线程共享

方法区域是堆的逻辑部分，因此它被堆之类的线程共享。整个虚拟机中只有一个方法区域。

永久世代

方法区域中的信息通常需要存在很长时间，并且它是堆的逻辑分区。因此，使用堆划分方法，我们将方法区域称为旧方法。

内存回收效率低

方法区域中的信息通常需要存在很长时间，并且回收内存后可能只有很少的信息是无效的。

方法区域中的内存恢复的主要目标是：常量池的恢复和类型的卸载。

Java虚拟机规范对方法区域有相对宽松的要求。

就像堆一样，它允许固定大小，可扩展大小，并且没有垃圾回收。

5. 3.什么是运行时常量池？

方法区域中存储了三种类型的数据：类信息，常量，静态变量和即时编译器编译的代码。常量存储在运行时常量池中。

我们通常通过public static final在类中声明一个常量。编译该类后，将生成一个Class文件，并将该类的所有信息存储在该类文件中。

当Java虚拟机加载此类时，该类文件中的常量将存储在方法区域中的运行时常量池中。并且在操作过程中，可以将新的常量添加到常量池中。例如，String类的intern（）方法可以在运行时将字符串常量添加到常量池中。

当常量池中的某些常量在运行时没有被对象引用，也没有由变量引用时，则需要垃圾回收器来回收它们。

6.直接存储

直接内存是Java虚拟机以外的内存，但是Java也可以使用它。

NIO中引入了基于通道和基于缓冲区的IO方法。它可以通过调用本地方法直接在Java虚拟机外部分配内存，然后通过存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象直接操作内存，而无需先将外部存储器中的数据复制到堆中然后进行操作，从而提高了性能。提高数据操作效率。

直接内存的大小不受Java虚拟机的控制，但是由于它是内存，因此当内存不足时会引发OOM异常。

总结

Java虚拟机的内存模型中有两个“堆栈”，即：Java虚拟机堆栈和本地方法堆栈。

两个“堆栈”的功能是相似的，并且都是方法运行过程的内存模型。并且这两个“堆栈”的内部结构是相同的，并且都是线程专用的。

仅仅是Java虚拟机堆栈描述了Java方法运行过程的内存模型，而本地方法栈是描述了Java本机方法运行过程的内存模型。

Java虚拟机的内存模型中有两个“堆”，一个是原始堆，另一个是方法区。方法区域本质上是堆的逻辑部分。对象存储在堆中，而类信息，常量，静态变量和由即时编译器编译的代码存储在方法区域中。

堆是Java虚拟机中最大的内存区域，也是垃圾收集器的主要工作区域。

程序计数器，Java虚拟机堆栈和本地方法堆栈是线程专用的，也就是说，每个线程都有自己的程序计数器，Java虚拟机堆栈和本地方法区域。它们的生命周期与它们所属的线程相同。

堆和方法区域由线程共享。 Java虚拟机中只有一个堆和一个方法堆栈。它是在JVM启动时创建的，只有在JVM停止时才被销毁。

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