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JVM—运行时数据区域

news 来源：原创 2024/9/20 17:31:42

参考资料：深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）周志明

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。

在这里插入图片描述

1、程序计数器—线程私有

字节码解释器工作时通过改变这个计数器的值，选取下一条执行的字节码指令。
程序计数器是程序控制的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复都是依赖于这个计数器。
JVM中为了线程切换后能恢复到正确的位置，每个线程都有独立的计数器。
各个线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这块内存区域为“线程私有”内存，也叫做“工作内存”。

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。

2、虚拟机栈—线程私有

它的生命周期和线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型。

每个方法执行时，虚拟机都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储：

局部变量表（也叫做本地变量表）
1. 局部变量表存放有：基本数据类型、对象引用（不是对象本身）、returnAddress类型（指向一个字节码指令的地址）
操作数栈
动态链接
方法出口

每个方法从调用到结束，就对应一个栈帧在虚拟机栈从出栈到入栈的过程。

关于局部变量表：

这些数据类型在局部变量表中以局部变量槽（Slot）来表示
64位长度的long和double会占用两个Slot、其他数据类型只占用1个
局部变量表所需内存在编译期完成分配，一旦确定程序运行时内存不会发生变化。

这个内存区域规定了两类异常情况：

1、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

2、如果Java虚拟机栈的容量可以动态拓展(HotSpot不可以，以前的Classic可以)，当栈拓展到无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError异常

3、本地方法栈—线程私有

本地方法栈与虚拟机栈发挥作用是相似的，区别在于本地方法栈是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

与虚拟机栈一样,本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出 StackOverflowError 和OutOfMemoryError 异常。

4、Java堆—线程共享、存对象实例

Java堆（Java Heap）是虚拟机管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域。

JavaHeap的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这分配内存

Java Heap是垃圾收集器管理的内存区域，因此也被叫做GC堆。
Java Heap可以被划分为多个线程私有的分配缓冲区（TLAB），无论如何划分都只能存对象实例（细分只是为了更好的回收和分配内存）。

4.1 字符串常量池

在Java 7之前，字符串常量池部分地位于方法区。但从Java 7开始，字符串常量池被转移到了Java堆内存中，这是为了便于垃圾回收和内存分配。

字符串常量池中存放的什么？

String str1 = "hello"
String str2 = new String("world");
String str3 = "hello";

str1、str2被放置在了虚拟机栈中。
hello字符串字面量被放置在了字符串常量池中。
word字符串字面量则被放置到了字符串常量池中，new String("world") 会在Java堆中创建一个新的字符串对象。
在执行完第一行代码后，常量池中已经存在"hello"，第二次创建str3不会在字符串常量池申请新的空间。

5、方法区—线程共享、存常量，静态变量

方法区（Method Area）用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后代码缓存的数据。

在JDK8之前，HotSpot JVM将方法区实现为永久代，但这部分内存是有固定大小的，并非真正的"永久"，到了JDK8废弃了永久代的概念，在本地内存中实现元空间来代替。

这种变化解决了永久代空间固定可能导致的内存溢出问题

《Java 虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的,除了和 Java 堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，甚至还可以选择不实现垃圾收集。

5.1 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，每个类或接口有自己的运行时常量池。
Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有常量池表用于存放编译期生成的字面量和符号引用，这部分内容在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

暂时无法在飞书文档外展示此内容

java语言运行时也可以将新的常量放入常量池中，这种特性用的比较多的是String的intern()方法，将常量放入了字符串常量池。

String str1 = new String("Hello");
String str2 = str1.intern();
String str3 = "Hello";System.out.println(str1 == str2); // 输出 false
System.out.println(str2 == str3); // 输出 true

6、直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，不过这部分内存也被频繁使用
JDK1.4加入 NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，可以使用Native函数直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能显著提高性能。
本机直接分配的内存不会受到Java堆大小的限制，不过会受到本机总内存的限制。

7、常见的OOM

7.1 Java堆内存溢出

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space ------>java堆内存溢出，此种情况最常见见，一般由于内存泄露或者堆的大小设置不当引起。对于内存泄露，需要通过内存监控软件查找程序中的泄露代码，而堆大小可以通过虚拟机参数-Xms,-Xmx等修改。

7.2 Java方法区溢出

java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space ------>java永久代溢出，即方法区溢出了，一般出现于大量Class或者jsp页面，或者采用cglib等反射机制的情况，因为上述情况会产生大量的Class信息存储于方法区。此种情况可以通过更改方法区的大小来解决，使用类似-XX:PermSize=64m-XX:MaxPermSize=256m的形式修改。