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Java虚拟机中内存管理的深入解析

不言原创: 2018-09-12 15:17:041662浏览

本篇文章给大家带来的内容是关于Java虚拟机中内存管理的深入解析，有一定的参考价值，有需要的朋友可以参考一下，希望对你有所帮助。

运行时内存包括：

方法区（Method Area）
虚拟机栈（VM Stack）
本地方法栈（Native Method Stack）
堆（Heap）
程序计数器（Program counter Register）

程序计数器

是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。（字节码解释器工作时是通过改变这个计数器的值来选取吓一跳需要执行的字节码指令）。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能回复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立储存，我们城这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果是native方法，这个计数器值则为空。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期与线程相同。

虚拟机栈描绘的是执行的内存模型：每个方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。

一般指的栈就是讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型，对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

其中long和double类型的数据会占用两个局部变量空间（Slot），其余数据类型只占一个。

局部变量表所需要的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部标量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

虚拟机规范中对这个区域规定了两种异常状况：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；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

与虚拟机栈的作用十分相似，本地方法栈是为虚拟机所使用到的Native方法所服务。对本地方法中的语言，使用方式和数据结构没有强制规定。

Java堆

对于大多数应用来说，Heap是虚拟机所管理的内存中最大的一块。

堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的是存放对象实例，几乎所有对象实例都是在这里分配内存（所有对象实例和数组）。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。因现收集器基本都采用分带收集方法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老生代。

从内存分配的角度，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer， TLAB）。

Java堆可以处理物理上不连续的内存空间，只要逻辑上是连续的即可。在实现时，可以实现成固定大小的，也可以可拓展的，不过主流的虚拟机都是按可拓展实现（-Xms、-Xmx控制）。

方法区

与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用来存储已经被虚拟机加载的类信息、常数、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap，目的在于与Java堆区分开。

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拓展外，还可以选择不实现垃圾回收。垃圾回收在这个区域内很少发生，但并非进入了方法区就如永生代一样永久存在了。这个区域的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池

是方法区的一部分。class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等信息外。还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

具备动态性，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用的比较多的是String类的intern().

对象的创建

虚拟机接到一条new指令时，首先去检查这条指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有那么必须先执行响应的类加载过程。

在类加载检查之后就为新生对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完成后便可完全确定。

内存分配完成之后，虚拟机需要分配到的内存空间都初始化为零，如果使用TLAB，这一工作可以提前至TLAB分配时进行。

接下来虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息放在对象的对象头中。

完成上步之后，对于虚拟机之后已经完成任务了，但从Java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始，还没有执行。

对象的内存布局

对象内存在内存中的布局可以分为3部分：对象头、实例数据和对齐填充。

HotSpot虚拟机的对象头包括两部分：

1.存储对象自身的运行时数据，如哈希吗、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。数据长度在32位和64位虚拟机分别为32bit和64bit，官方成为“Mark word”。

2.类型指针，即对象之乡它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。如果对象是一个Java数组，拿在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据确定Java对象大小，但从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

对象的访问定位（P48）

Java程序栈上的reference数据可以通过以下两种主流方式访问堆中的对象实例。

句柄：Java堆中会分配一块内存用来作为句柄吃，reference存储的就是这个对象的句柄地址。句柄中包含了对象示例数据与类型数据各自的具体体质。

直接指针：Java堆对象布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息。