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。
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)
- 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?
Java
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。
Java
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。
7.2 虚拟机制栈溢出
java.lang.StackOverflowError ------>不会抛OOM Error,但也是比较常见的Java内存溢出。JAVA虚拟机栈溢出,一般是由于程序中存在死循环或者深度递归调用造成的,栈大小设置太小也会出现此种溢出。可以通过虚拟机参数-Xss来设置栈的大小。