Java內(nèi)存區(qū)域管理詳解

更新時(shí)間：2022年09月20日 17:22:48 作者：小二上酒8

這篇文章主要介紹了Java內(nèi)存區(qū)域管理詳解，文章通過圍繞主題展開詳細(xì)的內(nèi)容介紹，具有一定的參考價(jià)值，需要的小伙伴可以參考一下

1 關(guān)于自動(dòng)內(nèi)存管理

Java是由jvm來管理內(nèi)存，包括自動(dòng)分配以及自動(dòng)回收，因此它不容易出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出問題。
C/C++，由程序員手動(dòng)管理內(nèi)存，手動(dòng)完成：使用前申請(qǐng)內(nèi)存，使用后釋放內(nèi)存。

2 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時(shí)間。

Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域：

2.1 程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）：存儲(chǔ)當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼指令的內(nèi)存地址。字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令?！?strong>通過PC來尋找下一條要執(zhí)行的指令】。
程序計(jì)數(shù)器是線程私有的。cpu通過輪流分配時(shí)間片來執(zhí)行線程，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，顯然每個(gè)線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器。
如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法，PC記錄的是正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是本地（Native）方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則應(yīng)為空?！総odo 為什么本地方法時(shí)為空】

2.2 虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候，jvm會(huì)同步創(chuàng)建一個(gè)棧幀[后續(xù)章節(jié)詳解]（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)連接、方法出口等信息。
虛擬機(jī)棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。

2.2.1 局部變量表

JDK8之前，對(duì)jvm內(nèi)存的認(rèn)知只停留在：堆內(nèi)存（Heap）和棧內(nèi)存（Stack），而“棧”通常就是指這里講的虛擬機(jī)棧，或者更多的情況下只是指虛擬機(jī)棧中局部變量表部分。

局部變量表存儲(chǔ)：基本數(shù)據(jù)類型（八種：boolean、byte、char、short、int、 float、long、double）、對(duì)象引用（可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗?地址的引用指針）和returnAddress 類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。
局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，這個(gè)方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小?！具@里的大小僅值變量槽的數(shù)量】
局部變量表以局部變量槽（Slot）來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其中64位長(zhǎng)度的long和 double類型的數(shù)據(jù)會(huì)占用兩個(gè)變量槽，其余的數(shù)據(jù)類型只占用一個(gè)。（通常一個(gè)槽占據(jù)N個(gè)字節(jié)，N大小由不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)決定）。

關(guān)于棧的內(nèi)存數(shù)據(jù)分析，在后續(xù)章節(jié)中會(huì)有更深入分析，在本節(jié)中這里僅引入概念。

2.2.2 操作數(shù)棧

關(guān)于方法調(diào)用時(shí)的進(jìn)棧跟出棧的原理，在《深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》系列筆記的后續(xù)章節(jié)中會(huì)進(jìn)行總結(jié)。

2.3 本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧作用是非常相似的，其區(qū)別只是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的本地（Native）方法服務(wù)。
線程私有的。

2.4 堆

Java堆（Java Heap）存儲(chǔ)對(duì)象的實(shí)例。
Java堆是線程共享的，且比較大的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。
Java堆既可以被實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過當(dāng)前主流的Java虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)的（通過參數(shù)-Xmx和-Xms設(shè)定）。
可彈性伸縮，但不會(huì)超過設(shè)定的最大容量，如果在Java堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)，Java虛擬機(jī)將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常
Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，但在邏輯上它應(yīng)該被視為連續(xù)的。

2.5 方法區(qū)

方法區(qū)存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的class的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。
方法區(qū)是線程共享。
方法區(qū)不需要連續(xù)的內(nèi)存、可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展，甚至還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集（因?yàn)檫@部分內(nèi)存通常不滿足回收條件）
方法區(qū)無法滿足新的內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出 OutOfMemoryError異常。

2.5.1 運(yùn)行時(shí)常量池

存放編譯期生成的各種字面量與符號(hào)引用
運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分

3 直接內(nèi)存

首先，直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中定義的內(nèi)存區(qū)域
它可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)，有必要了解。

在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū) （Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆里面的 DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能，因?yàn)楸苊饬?在Java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。
顯然，本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到Java堆大小的限制，但是，既然是內(nèi)存，則肯定還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存（包括物理內(nèi)存、SWAP分區(qū)或者分頁(yè)文件）大小以及處理器尋址空間的限制，一般服務(wù) 器管理員配置虛擬機(jī)參數(shù)時(shí)，會(huì)根據(jù)實(shí)際內(nèi)存去設(shè)置-Xmx等參數(shù)信息，但經(jīng)常忽略掉直接內(nèi)存，使得各個(gè)內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制（包括物理的和操作系統(tǒng)級(jí)的限制），從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn) OutOfMemoryError異常。