JAVA虚拟机内存模型

2019-08-29 00:00:00 模型 内存 虚拟机

概念

（这是我学习过程中的一些总结）

《JAVA虚拟机内存模型》

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

JAVA虚拟机内存模型

 

从属于线程的内存区域

　　　　JVM的内存划分中，有部分区域是线程私有的，有部分是属于整个JVM进程；我们将这部分归为一类。

《JAVA虚拟机内存模型》

　　1.程序计数器（Program Counter Register)

　　在JVM规范中，每个线程都有自己的程序计数器。这是一块比较小的内存空间，存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址，即字节码的行号。　如果正在执行Native方法，则这个计数器为空。

　　2.Java虚拟机栈(Java Virtal Machine Stack)

同样也是属于线程私有区域，每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，生命周期与线程一致，线程退出时，线程的虚拟机栈也回收。虚拟机栈内部保持一个个的栈帧，每次方法调用都会进行压栈，JVM对栈帧的操作只有出栈和压栈两种，方法调用结束时会进行出栈操作。该区域存储着局部变量表，编译时期可知的各种基本类型数据、对象引用、方法出口等信息。

3.  本地方法栈（Native Method Stack）

与虚拟机栈类似，本地方法栈是在调用本地方法时使用的栈，每个线程都有一个本地方法栈。

1.  同样也是属于线程私有区域，每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，生命周期与线程一致，线程退出时，线程的虚拟机栈也回收。虚拟机栈内部保持一个个的栈帧，每次方法调用都会进行压栈，JVM对栈帧的操作只有出栈和压栈两种，方法调用结束时会进行出栈操作。该区域存储着局部变量表，编译时期可知的各种基本类型数据、对象引用、方法出口等信息。

 

堆（heap）

 

　　堆（Heap）,几乎所有创建的Java对象实例，都是被直接分配到堆上的。堆被所有的线程所共享，在堆上的区域，会被垃圾回收器做进一步划分，例如新生代、老年代的划分。Java虚拟机在启动的时候，可以使用“Xmx”之类的参数指定堆区域的大小。

 

 

 

方法区（Method Area)

 

　　方法区与堆一样，也是所有的线程所共享，存储被虚拟机加载的元（Meta）数据，包括类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

 

　　方法区是一种java虚拟机的规范。由于方法区存储的数据和堆中存储的数据一致，实质上也是堆，因此，在不同的JDK版本中方法区的实现方式不一样。

运行时常量池（Run-Time Constant Pool)(方法区中)

这是方法区的一部分。常量池主要存放两大类常量：

  1. 字面量（Literal），如文本字符串、final常量值。
  2. 符号引用，存放了与编译相关的一些常量，因为Java不像C++那样有连接的过程，因此字段方法这些符号引用在运行期就需要进行转换，以便得到真正的内存入口地址。

程序执行的内存分析过程

为了让初学者顺利的分析内存，更加容易的体会程序执行过程中内存的变化，加深理解。我们将JAVA虚拟机内存模型进行简化。

 

在本节课中，Java虚拟机的内存可以简单的分为三个区域：虚拟机栈stack、堆heap、方法区method area。

 

虚拟机栈（简称：栈）的特点如下：

  1. 栈描述的是方法执行的内存模型。每个方法被调用都会创建一个栈帧（存储局部变量、操作数、方法出口等）
  2. JVM为每个线程创建一个栈，用于存放该线程执行方法的信息（实际参数、局部变量等）
  3. 栈属于线程私有，不能实现线程间的共享！
  4. 栈的存储特性是“先进后出，后进先出”
  5. 栈是由系统自动分配，速度快！栈是一个连续的内存空间！

堆的特点如下：

  1. 堆用于存储创建好的对象和数组(数组也是对象)
  2. JVM只有一个堆，被所有线程共享
  3. 堆是一个不连续的内存空间，分配灵活，速度慢！

方法区（又叫静态区,也是堆）特点如下：

  1. 方法区是JAVA虚拟机规范，可以有不同的实现。
    1. JD7以前是“永久代”
    2. JDK7部分去除“永久代”，静态变量、字符串常量池都挪到了堆内存中
    3. JDK8是“元数据空间”和堆结合起来。
  2. JVM只有一个方法区，被所有线程共享！
  3. 方法区实际也是堆，只是用于存储类、常量相关的信息！
  4. 用来存放程序中永远是不变或唯一的内容。（类信息、静态变量、字符串常量等）

代码

（代码我就不自己写了，这是我学习时候参考过的，底部附带原文链接）

 

package com.journaldev.test;  
   
public class Memory {  
   
    public static void main(String[] args) { // Line 1  
        int i=1; // Line 2  
        Object obj = new Object(); // Line 3  
        Memory mem = new Memory(); // Line 4  
        mem.foo(obj); // Line 5  
    } // Line 9  
   
    private void foo(Object param) { // Line 6  
        String str = param.toString(); //// Line 7  
        System.out.println(str);  
    } // Line 8  
   
}  

下边的图片展示了上边程序堆和栈内存的引用，并且是怎么用来存储原始值、对象和变量的引用。

《JAVA虚拟机内存模型》

我们来看看程序执行的过程：
1、只要我们一运行这个程序，它会加载所有的运行类到堆内存中去，当在第一行找到main()方法的时候，Java创建可以被main()方法线程使用的栈内存。
2、当在第一行，我们创建了本地原始变量，它在main()的栈中创建和保存。
3、因为我们在第三行创建了对象，它在堆内存中被创建，在栈内存中保存了它的引用，同样的过程也发生在第四行我们创建Memory对象的时候。
4、当在第五行我们调用foo()方法的时候，在堆的顶部创建了一个块来被foo()方法使用，因为Java是值传递的，在第六行一个新的对象的引用在foo()方法中的栈中被创建
5、在第七行一个String被创建，它在堆空间中的String池中运行，并且它的引用也在foo()方法的栈空间中被创建
6、foo()方法在第八行结束，此时在堆中为foo()方法分配的内存块可以被释放
7、在第九行，main()方法结束，栈为main()方法创建的内存空间可以被销毁。同样程序也在行结束，Java释放了所有的内存，结束了程序的运行
堆内存和栈内存的区别
基于上边的解释我们可以很简单的总结出堆和栈的区别：
1、应用程序所有的部分都使用堆内存，然后栈内存通过一个线程运行来使用。
2、不论对象什么时候创建，他都会存储在堆内存中，栈内存包含它的引用。栈内存只包含原始值变量好和堆中对象变量的引用。
3、存储在堆中的对象是全局可以被访问的，然而栈内存不能被其他线程所访问。
4、栈中的内存管理使用LIFO的方式完成，而堆内存的管理要更复杂了，因为它是全局被访问的。堆内存被分为，年轻一代，老一代等等，更多的细节请看，这篇文章
5、栈内存是生命周期很短的，然而堆内存的生命周期从程序的运行开始到运行结束。
6、我们可以使用-Xms和-Xmx JVM选项定义开始的大小和堆内存的最大值，我们可以使用-Xss定义栈的大小
7、当栈内存满的时候，Java抛出java.lang.StackOverFlowError异常而堆内存满的时候抛出java.lang.OutOfMemoryError: Java Heap Space错误
8、和堆内存比，栈内存要小的多，因为明确使用了内存分配规则（LIFO），和堆内存相比栈内存非常快。

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