JVM內(nèi)存管理之JAVA語言的內(nèi)存管理詳解

引言

內(nèi)存管理一直是JAVA語言自豪與驕傲的資本，它讓JAVA程序員基本上可以徹底忽略與內(nèi)存管理相關(guān)的細(xì)節(jié)，只專注于業(yè)務(wù)邏輯。不過世界上不存在十全十美的好事，在帶來了便利的同時(shí)，也因此引入了很多令人抓狂的內(nèi)存溢出和泄露的問題。

可怕的事情還不只如此，有些使用其它語言開發(fā)的程序員，給JAVA程序員扣上了一個(gè)“不懂內(nèi)存”的帽子，這著實(shí)有點(diǎn)讓人難以接受。畢竟JAVA當(dāng)中沒有malloc和delete、沒有析構(gòu)函數(shù)、沒有指針，剛開始接觸JAVA的程序員們又怎么可能接觸內(nèi)存這一部分呢，更何況有不少JAVA程序員還是跳了專業(yè)半路出家的朋友。

不過事實(shí)盡管難以接受，但也確實(shí)有不少JAVA程序員對(duì)內(nèi)存這部分可謂一竅不知，盡管掌握內(nèi)存的相關(guān)知識(shí)，或許并不能給平時(shí)的開發(fā)帶來翻天覆地的變化和好處，不過它仍然會(huì)潛移默化的提高你的技術(shù)水準(zhǔn)，這一點(diǎn)在了解完內(nèi)存管理之后，相信各位就會(huì)深有體會(huì)了。

內(nèi)存劃分

談到內(nèi)存這一詞匯，它是在程序運(yùn)行時(shí)才有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，而對(duì)于這一塊區(qū)域的劃分，各個(gè)虛擬機(jī)有各自的劃分方式，不過它們都必須遵從JAVA虛擬機(jī)的基本規(guī)范去實(shí)現(xiàn)。

虛擬機(jī)規(guī)范中，將內(nèi)存劃分為六大部分，分別是PC寄存器、JAVA虛擬機(jī)棧、JAVA堆、方法區(qū)、運(yùn)行時(shí)常量池以及本地方法棧。

JAVA虛擬機(jī)規(guī)范與JAVA虛擬機(jī)

這里還需要解釋一下JAVA虛擬機(jī)規(guī)范和JAVA虛擬機(jī)的區(qū)別，顧名思義，JAVA虛擬機(jī)規(guī)范是一種對(duì)JAVA虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的規(guī)范要求，是由oracle制定的，而我們平時(shí)常說的JAVA虛擬機(jī)一般是指的一種具體的JAVA虛擬機(jī)規(guī)范的實(shí)現(xiàn)。比如我們最經(jīng)常使用的JAVA虛擬機(jī)hotspot，其實(shí)JAVA虛擬機(jī)還有很多種實(shí)現(xiàn)，甚至如果你對(duì)JAVA虛擬機(jī)規(guī)范有了深入的了解而且對(duì)此有興趣的話，可以寫一個(gè)自己的JAVA虛擬機(jī)，當(dāng)然這其中的難度不難想象。

結(jié)構(gòu)圖

下圖是引用于百度文庫的一張JVM的結(jié)構(gòu)圖，由于運(yùn)行時(shí)常量池是由方法區(qū)分配出來的區(qū)域，所以此圖當(dāng)中沒有運(yùn)行時(shí)常量池。

內(nèi)存區(qū)域詳解

針對(duì)上面這張圖，內(nèi)存就是指的矩形框當(dāng)中運(yùn)行期數(shù)據(jù)區(qū)這部分，下面簡(jiǎn)單介紹一下各個(gè)部分的作用：

1、PC寄存器（線程獨(dú)有）：全稱是程序計(jì)數(shù)寄存器，它記載著每一個(gè)線程當(dāng)前運(yùn)行的JAVA方法的地址，如果是當(dāng)前執(zhí)行的是本地方法，則程序計(jì)數(shù)器會(huì)是一個(gè)空地址。它的作用就是用來支持多線程，線程的阻塞、恢復(fù)、掛起等一系列操作，直觀的想象一下，要是沒有記住每個(gè)線程當(dāng)前運(yùn)行的位置，又如何恢復(fù)呢。依據(jù)這一點(diǎn)，每一個(gè)線程都有一個(gè)PC寄存器，也就是說PC寄存器是線程獨(dú)有的。

2、JAVA虛擬機(jī)棧（線程獨(dú)有）：JAVA虛擬機(jī)棧是在創(chuàng)建線程的同時(shí)創(chuàng)建的，用于存儲(chǔ)棧幀，JAVA虛擬機(jī)棧也是線程獨(dú)有的。

棧幀：簡(jiǎn)單點(diǎn)說，可以解釋為是一個(gè)方法運(yùn)行時(shí)，臨時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域，具體點(diǎn)說，它里面包括了數(shù)據(jù)和部分的過程結(jié)果，與此同時(shí)，它又肩負(fù)著處理方法返回值、動(dòng)態(tài)鏈接以及異常分派的任務(wù)。棧幀是隨著方法的創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著方法的結(jié)束而銷毀，如果方法拋出異常，也算方法結(jié)束。然而在每一個(gè)棧幀中，都有著自己的局部變量表以及操作數(shù)棧以及對(duì)當(dāng)前類的運(yùn)行時(shí)常量池的引用。

局部變量表：它是一個(gè)方法局部變量的列表，是在編譯時(shí)期就寫入了class文件當(dāng)中。簡(jiǎn)單的理解，可以將它理解為一個(gè)對(duì)象數(shù)組，而里面按照索引0到length-1分別對(duì)應(yīng)于每一個(gè)局部變量，特別的，如果是實(shí)例方法的局部變量表，第0個(gè)局部變量會(huì)是一個(gè)指向當(dāng)前實(shí)例的引用，也就是this關(guān)鍵字，其余的局部變量則從索引1開始。

操作數(shù)棧：它是一個(gè)后進(jìn)先出（pFO）棧，而它的長(zhǎng)度也是在編譯時(shí)期就寫入了class文件當(dāng)中，是固定的。它的作用就是提供字節(jié)碼指令操作變量計(jì)算的空間，比如簡(jiǎn)單的，對(duì)于int a=9這句話來說，就需要先將9壓入操作數(shù)棧，再將9賦給a這個(gè)變量。

3、JAVA堆（全局共享）：這一部分是JAVA內(nèi)存中最重要的一部分，之所以說是最重要的一部分，并不是因?yàn)樗闹匾?，而是指作為開發(fā)人員最應(yīng)該關(guān)注的一部分。它隨著JAVA虛擬機(jī)的啟動(dòng)創(chuàng)建，儲(chǔ)存著所有對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組對(duì)象，而且內(nèi)置了“自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)”，也就是我們常說的垃圾搜集器（GC）。JAVA堆中的內(nèi)存釋放是不受開發(fā)人員控制的，完全由JAVA虛擬機(jī)一手操辦。對(duì)于JAVA虛擬機(jī)如何實(shí)現(xiàn)垃圾搜集器，JAVA虛擬機(jī)規(guī)范沒有明確的規(guī)定，也正因如此，我們平時(shí)使用的JAVA虛擬機(jī)中提供了許多種垃圾搜集器，它們采用不同的算法以及實(shí)現(xiàn)方式，已滿足多方面的性能需求。

4、方法區(qū)（全局共享）：方法區(qū)也是堆的一個(gè)組成部分，它主要存儲(chǔ)的是運(yùn)行時(shí)常量池、字段信息、方法信息、構(gòu)造方法與普通函數(shù)的字節(jié)碼內(nèi)容以及一些特殊方法。它與JAVA堆的區(qū)別除了存儲(chǔ)的信息與JAVA堆不一樣之外，最大的區(qū)別就是這一部分JAVA虛擬機(jī)規(guī)范不強(qiáng)制要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)（GC）。

5、本地方法棧（線程獨(dú)有）：本地方法棧是一個(gè)傳統(tǒng)的棧，它用來支持native方法的執(zhí)行。如果JAVA虛擬機(jī)是使用的其它語言實(shí)現(xiàn)指令集解釋器的時(shí)候，也會(huì)用到本地方法棧。如果前面這兩種都未發(fā)生，也就是說如果JAVA虛擬機(jī)不依賴于本地方法棧，而且JAVA虛擬機(jī)也不支持native方法，則不需要本地方法棧。而如果需要的話，則本地方法棧也是隨每一個(gè)線程的啟動(dòng)而創(chuàng)建的。

上面五個(gè)內(nèi)存區(qū)域，除了PC寄存器之外，其余四個(gè)一般情況下，都要求JAVA虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)提供給客戶調(diào)節(jié)大小的參數(shù)，也就是我們常用的Xms、Xmx等等。

內(nèi)存管理

內(nèi)存管理分為內(nèi)存分配和內(nèi)存釋放，看一下上面的五個(gè)內(nèi)存區(qū)域，其實(shí)可以大致分為兩部分，一部分是全局共享，一部分是線程獨(dú)有。

對(duì)于線程獨(dú)有的這部分內(nèi)存，都是隨著線程的啟動(dòng)而創(chuàng)建，而當(dāng)線程被銷毀時(shí)，內(nèi)存也就隨之釋放。這一部分內(nèi)存，不需要垃圾搜集器的管理，而是JAVA虛擬機(jī)來主動(dòng)管理，每當(dāng)一個(gè)線程被創(chuàng)建的時(shí)候，JAVA虛擬機(jī)就會(huì)為其分配相應(yīng)的PC寄存器和JAVA虛擬機(jī)棧，如果需要的話，還會(huì)有本地方法棧。相應(yīng)的，當(dāng)一個(gè)線程被銷毀的時(shí)候，JAVA虛擬機(jī)也會(huì)將這個(gè)線程所占有的內(nèi)存全部釋放。

相對(duì)于線程獨(dú)有的那部分內(nèi)存，全局共享的這部分內(nèi)存更加難以處理，不過這只是針對(duì)于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)來說，因?yàn)檫@一部分內(nèi)存是要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)（GC）的。

全局共享的這部分內(nèi)存（以下簡(jiǎn)稱堆），內(nèi)存分配主要是由程序員顯示的使用new關(guān)鍵字來觸發(fā)的，至于new出來的這部分內(nèi)存在哪分配，如何分配，則是JAVA虛擬機(jī)來決定。而這部分內(nèi)存的釋放，則是由自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱GC）來管理的。

通常情況下，堆內(nèi)存分配是要依賴于GC的策略與實(shí)現(xiàn)的，在分配的時(shí)候，就要考慮好到時(shí)候如何回收這部分內(nèi)存。也是正因?yàn)槿绱?，?duì)于內(nèi)存分配這一部分的講解來說，我們必須得先了解內(nèi)存是如何被回收的，才能更好的理解內(nèi)存要怎么被分配。

結(jié)束語

本次對(duì)于JAVA語言中內(nèi)存管理的概述就到此結(jié)束了。

以上這篇JVM內(nèi)存管理之JAVA語言的內(nèi)存管理詳解就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持億速云。