如何淺析JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)和6大區(qū)域

如何淺析JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)和6大區(qū)域，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。

其實對于我們一般理解的計算機內(nèi)存，它算是CPU與計算機打交道最頻繁的區(qū)域，所有數(shù)據(jù)都是先經(jīng)過硬盤至內(nèi)存，然后由CPU再從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)進行處理，又將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存，通過分頁或分片技術(shù)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)再flush至硬盤。那JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)到底是如何呢？JVM做為一個運行在操作系統(tǒng)上，但又獨立于os運行的平臺，它的內(nèi)存至少應(yīng)該包括象寄存器、堆棧等區(qū)域。

JVM在運行時將數(shù)據(jù)劃分為了6個區(qū)域來存儲，而不僅僅是大家熟知的Heap區(qū)域，這6個區(qū)域圖示如下：

 JVM內(nèi)存的分配結(jié)構(gòu)示意圖

下面將逐一介紹下各個區(qū)域所做的工作及其充當(dāng)?shù)墓δ堋?/p>

PC Register(PC寄存器)

PC寄存器是一塊很小的內(nèi)存區(qū)域，主要作用是記錄當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號。字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變當(dāng)前線程的程序計數(shù)器選取下一條字節(jié)碼指令來工作的。任何分支，循環(huán)，方法調(diào)用，判斷，異常處理，線程等待以及恢復(fù)線程，遞歸等等都是通過這個計數(shù)器來完成的。

由于Java多線程是通過交替線程輪流切換并分配處理器時間的方式來實現(xiàn)的，在任何一個確定的時間里，在處理器的一個內(nèi)核只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此為了線程等待結(jié)束需要恢復(fù)到正確的位置執(zhí)行，每條線程都會有一個獨立的程序計數(shù)器來記錄當(dāng)前指令的行號。計數(shù)器之間相互獨立互不影響，我們稱這塊內(nèi)存為“線程私有”的內(nèi)存。

如果所調(diào)用的方法為native的，則PC寄存器中不存儲任何信息。

l  JVM棧

JVM棧是線程私有的，每個線程創(chuàng)建的同時都會創(chuàng)建JVM棧，JVM棧中存放的為當(dāng)前線程中局部基本類型的變量（java中定義的八種基本類型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結(jié)果以及Stack Frame，非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址，因此Java中基本類型的變量是值傳遞，而非基本類型的變量是引用傳遞，Sun           JDK的實現(xiàn)中JVM棧的空間是在物理內(nèi)存上分配的，而不是從堆上分配。

由于JVM棧是線程私有的，因此其在內(nèi)存分配上非常高效，并且當(dāng)線程運行完畢后，這些內(nèi)存也就被自動回收。

當(dāng)JVM棧的空間不足時，會拋出StackOverflowError的錯誤，在Sun JDK中可以通過-Xss來指定棧的大小，例如如下代碼：

new Thread(new Runnable(){            public void run() {               loop(0);            }                   private void loop (int i){               if(i!=1000){                   i++; loop (i);               }               else{                   return;               }            }           }).start();

當(dāng)JVM參數(shù)設(shè)置為-Xss1K，運行后會報出類似下面的錯誤：

Exception in thread "Thread-0"java.lang.StackOverflowError

l  堆（Heap）

Heap是大家最為熟悉的區(qū)域，它是JVM用來存儲對象實例以及數(shù)組值的區(qū)域，可以認為Java中所有通過new創(chuàng)建的對象的內(nèi)存都在此分配，Heap中的對象的內(nèi)存需要等待GC進行回收，Heap在32位的操作系統(tǒng)上***為2G，在64位的操作系統(tǒng)上則沒有限制，其大小通過-Xms和-Xmx來控制，-Xms為JVM啟動時申請的最小Heap內(nèi)存，默認為物理內(nèi)存的1/64但小于1G，-Xmx為JVM可申請的***Heap內(nèi)存，默認為物理內(nèi)存的1/4，默認當(dāng)空余堆內(nèi)存小于40%時，JVM會增大Heap的大小到-Xmx指定的大小，可通過-XX:MinHeapFreeRatio=來指定這個比例，當(dāng)空余堆內(nèi)存大于70%時，JVM會將Heap的大小往-Xms指定的大小調(diào)整，可通過-XX:MaxHeapFreeRatio=來指定這個比例，但對于運行系統(tǒng)而言，為了避免頻繁的Heap Size的大小，通常都會將-Xms和-Xmx的值設(shè)成一樣，因此這兩個用于調(diào)整比例的參數(shù)通常是沒用的。其實jvm中對于堆內(nèi)存的分配、使用、管理、收集等有更為精巧的設(shè)計，具體可以在JVM堆內(nèi)存分析中進行詳細介紹。

當(dāng)堆中需要使用的內(nèi)存超過其允許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤信息。

l  方法區(qū)域（MethodArea）

方法區(qū)域存放了所加載的類的信息（名稱、修飾符等）、類中的靜態(tài)變量、類中定義為final類型的常量、類中的Field信息、類中的方法信息，當(dāng)開發(fā)人員在程序中通過Class對象中的getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數(shù)據(jù)都來源于方法區(qū)域，可見方法區(qū)域的重要性。同樣，方法區(qū)域也是全局共享的，它在虛擬機啟動時在一定的條件下它也會被GC，當(dāng)方法區(qū)域需要使用的內(nèi)存超過其允許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤信息。

在Sun JDK中這塊區(qū)域?qū)?yīng)的為PermanetGeneration，又稱為持久代，默認為64M，可通過-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize來指定其大小。

l  運行時常量池（RuntimeConstant Pool）

類似C中的符號表，存放的為類中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空間從方法區(qū)域中分配。類或接口的常量池在該類的class文件被java虛擬機成功裝載時分配。

l  本地方法堆棧（NativeMethod Stacks）

JVM采用本地方法堆棧來支持native方法的執(zhí)行，此區(qū)域用于存儲每個native方法調(diào)用的狀態(tài)。

例如有這么一段代碼：

public class A {                    public static void main(String[]args){            String a="a";           String b="b";            String ab="ab";            System.out.println((a+b)==ab);       // false            System.out.println(("a"+"b")==ab);   // true            final String afinal="a";            String result=afinal+"b";            System.out.println(result==ab);      // true            String plus=a+"b";            System.out.println(plus==ab);        // false              System.out.println(plus.intern()==ab);  // true     } }

分析下上面代碼執(zhí)行的結(jié)果，可通過javap –verbose A來輔助理解分析。

l  (a+b)==ab

a+b是兩個變量相加，需要到運行時才能確定其值，到運行時后JVM會為兩者相加后產(chǎn)生一個新的對象，因此a+b==ab的結(jié)果為false。

l  (“a”+”b”)==ab

“a”+”b”是常量，在編譯時JVM已經(jīng)將其變?yōu)椤盿b”字符串了，而ab=”ab”也是常量，這兩者在常量池即為同一地址，因此(“a”+”b”)==ab為true。

l  result==ab

result=afinal+”b”，afinal是個final的變量， result在編譯時也已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)榱恕盿b”，和”ab”在常量池中同樣為同一地址，因此result==ab為true。

l  plus=ab

plus和a+b的情況是相同的，因此plus==ab為false。

l  plus.intern()==ab

這里的不同點在于調(diào)用了plus.intern()方法，這個方法的作用是獲取plus指向的常量池地址，因此plus.intern()==ab為true。

在掌握了JVM對象內(nèi)存分配的機制后，接下來看看JVM是如何做到自動的對象內(nèi)存回收的，這里指的的是Heap以及Method Area的回收，其他幾個區(qū)域的回收都由JVM簡單的按生命周期來進行管理。

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