jvm内存管理简介
Java的运行时内存组成如下图所示:
- 方法区
- 堆
- 虚拟机栈
- 本地方法栈
- 程序计数器
堆(Heap)
线程共享,是jvm管理的最大一块内存,也是gc开展工作的主要区域。
存放所有new出来的对象,分新生代老生代。新生代包含一个eden区和两个survivor区。堆内存中还有一块区域,用于存储类信息,静态变量等等数据,这一块区域之前叫做方法区后面又叫永久带,之后改名叫做Meta-Area/Meta Space Area,元数据空间。
用于存放对象或数组实例,也就是运行期间new出来的对象。堆的生命周期与JVM相同,并且在线程之间共享访问。由于多线程并发访问,所以需要考虑线程安全的问题,有两种方法。第一种是,加锁进行互斥访问。第二种是线程本地分配缓冲(Thread Local Allocate Buffer, TLAB),在线程创建时预先给每个线程分配一块区域,这块区域是线程私有的,对其他线程是不可见,也就不会被共享。JVM规范规定在申请不到足够的内存时,堆会抛出OutOfMemoryException。
方法区(Method Area)
线程共享区域。它主要存储jvm加载类的类信息,类变量,常量(常量池中),即时编译器编译后的代码等数据。
存放类型信息和运行时常量池(Runtime Constant Pool)。每个被类加载器加载的类都会在方法区中形成一个与子对应的类型信息的数据结构,包括:这个类的类名、直接超类、实现的接口列表、字段列表、方法列表等。运行时常量池是class文件中的常量池列表(Constant Pool List)在运行时的一种体现,其中存储各种基本数据类型及String类型的常量以及其他类、方法、字段的符号引用。方法区的生命周期与JVM相同,被多个线程共享,所以要考虑并发访问的安全性的问题。JVM规范规定在需要的内存得不到满足的情况下,方法区会抛出OutOfMemoryException。
永久代 也是有垃圾回收的,永久代的垃圾回收主要包括类型的卸载和废弃常量池的回收。当没有对象引用一个常量的时候,该常量即可以被回收。而类型的卸载更加复杂。必须满足一下三点,该类型的所有实例都被回收了,该类型的ClassLoader被回收了,该类型对应的java.lang.Class没有在任何地方被引用,在任何地方都无法通过反射来实例化一个对象
常量池(constant pool)
方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。另外,可以存储不经常改变的东西(public static final)。常量池中的数据可以共享。
虚拟机栈(Vm Stack)
线程私有,存放基本类型的变量数据和对象的引用,但对象本身不存放在栈中,而是存放在堆(new 出来的对象)或者常量池中(字符串常量对象存放在常量池中)。
生命周期与线程相同,是对传统语言(比如C)中的方法调用栈的一种模拟。JVM栈中存放栈帧(Frame)用于进行方法调用和返回、存储局部变量以及计算的中间结果。JVM规范规定栈可以抛出两种异常:(1)StackOverflowException,在栈的深度大于某个规定值的情况下抛出。(2)OutOfMemoryException,在为新栈帧分配内存或者是为线程分配栈的内存时,申请不到足够的内存的情况下抛出。
JVM栈中存放的是栈帧,每个栈帧对应着一次方法调用。每一时刻,JVM线程只能执行一个方法(Current Method),该方法的栈帧是JVM栈的栈顶的元素(叫做当前栈帧,Current Frame),当调用一个方法时,会初始化一个栈帧压入JVM栈;当方法调用返回或者抛出异常没有被处理的情况下,JVM栈会弹出该方法对应的栈帧。每一个栈帧中存放局部变量表(Local Variable Table)、操作数栈(Oprand Stack)以及其他栈帧信息。栈帧的大小在编译时就确定了,编译器会把局部变量表和操作数栈的大小记录在class文件中method_info的属性表中。局部变量表类似于数组存放局部变量和方法参数。由于JVM采用的是基于栈的指令集体系结构,而不是基于寄存器,所以JVM上的所有计算都是在操作数栈上进行的(比如,算术运算、方法调用、内存访问等)。
本地方法栈(Native Method Stack)
线程私有,该区域与虚拟机栈所发挥的作用非常相似,只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务,而本地方法栈则为使用到的本地操作系统(Native)方法服务。
于支持本地方法调用,抛出的异常与JVM栈相同。
程序计数器(Program Counter Register)
线程私有,程序计数器是记录线程当前执行到了哪一条指令。
生命周期与线程相同,是对CPU中PC的一种模拟。如果线程正在执行的是Java方法,则该线程的PC中存放的下一条字节码指令的地址。在进行Java方法的调用和返回时,需要更新PC以保存当前方法(Current Method)正在执行的字节码指令的地址。PC是JVM规范中唯一没有规定会抛出异常的存储区。