JVM 內(nèi)存區(qū)域

JVM會(huì)將Java進(jìn)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(shí)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(dòng)/結(jié)束而創(chuàng)建/銷毀(在Hotspot VM內(nèi), 每個(gè)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(jì)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(hào)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(hù)下一個(gè)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(guò)改變PC值來(lái)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(jì)數(shù)器值為undefined).?
不同于OS以進(jìn)程為單位調(diào)度, JVM中的并發(fā)是通過(guò)線程切換并分配時(shí)間片執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的. 在任何一個(gè)時(shí)刻, 一個(gè)處理器內(nèi)核只會(huì)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(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器, 這類內(nèi)存被稱為“線程私有”內(nèi)存.

2. Java Stack(虛擬機(jī)棧)

虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型: 每個(gè)方法被執(zhí)行時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀(Stack Frame)用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息. 每個(gè)方法被調(diào)用至返回的過(guò)程, 就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程(VM提供了-Xss來(lái)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(duì)應(yīng)我們常說(shuō)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(duì)象引用(reference : 不等同于對(duì)象本身, 可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返闹羔? 也可能指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或其他與此對(duì)象相關(guān)的位置, 見下: HotSpot對(duì)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(gè)局部變量空間(Slot), 其余只占用1個(gè). 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(shí)是靜態(tài)數(shù)據(jù), 而局部變量表內(nèi)存儲(chǔ)的卻是運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù), 但因?yàn)榫植孔兞勘硭璧膬?nèi)存空間在編譯期間即可完成分配, 當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí), 這個(gè)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(yùn)行期間大小不會(huì)改變, 因此可以在概念上認(rèn)定這兩部分內(nèi)容存儲(chǔ)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(gè)VM實(shí)現(xiàn)使用C-linkage模型來(lái)支持Native調(diào)用, 那么該棧將會(huì)是一個(gè)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(jī)棧合二為一.

二. 線程共享區(qū)域

隨虛擬機(jī)的啟動(dòng)/關(guān)閉而創(chuàng)建/銷毀.

1. Heap(Java堆)

幾乎所有對(duì)象實(shí)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(dòng)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(xì)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(lái)看, 線程共享的Java堆還還可以劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)(TLAB). 而進(jìn)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(shuō)的永久代(Permanent Generation), 用于存儲(chǔ)被JVM加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù). HotSpot VM把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū), 即使用Java堆的永久代來(lái)實(shí)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(duì)常量池的回收和類型的卸載, 因此收益一般很小)

不過(guò)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(diǎn)在查看GC日志和使用jstat -gcutil查看GC情況時(shí)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(zhǎng), VM會(huì)默認(rèn)耗盡所有系統(tǒng)內(nèi)存.

運(yùn)行時(shí)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(xiàng)常量池(Constant Pool Table)用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用, 這部分內(nèi)容會(huì)存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中(如前面從test方法中讀到的signature信息). 但Java語(yǔ)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(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池, 運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中, 如String的intern()方法.