JVM

第2章 Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区：方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器。

执行引擎

本地库接口

本地方法库

I.概念

1.程序计数器（线程私有）

作用：当前线程所执行的字节码的信号指示器。

由于Java虚拟机的多线程功能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，一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢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，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行一个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；如果正在执行的是Native方法，这个计数器则为空（Undefined），此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域。

2.Java虚拟机栈（线程私有）

生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表所需的内存空间在编译期间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。局部变量表中存放了各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，不等同于对象本身）和returnAddress类型。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其它只占用1个。

3.本地方法栈

与虚拟机栈发挥作用相似。区别：虚拟机栈为java方法（字节码）服务；本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。（有些虚拟机将本地方法栈与虚拟机栈合二为一，本地方法区域也会抛出StackOVerflowError和OOM异常）

4.Java堆

对大多数应用来说，Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。

Java堆可以分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。（Eden、S1、S2）

如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OOM异常。

5.方法区（别名：非堆）

与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器变异后的代码等数据。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OOM异常。

6.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、接口等描述的信息外，还有一项信息是常量池，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。

运行时也能将新的常量放入常量池中，开发人员用得比较多的是String类的intern()方法。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OOM异常。

7.直接内存

不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但也频繁地使用，并且也可能导致OOM异常。

JDK4加入了NIO类，引入了异种基于通道（channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。分配内存时经常会忽略直接村内，使得各个区域的综合大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统的限制），从而导致动态扩展时出现OOM异常。

II.对象访问

这块自己平时就有琢磨过，在没看任何资料的情况下，只是自己假象了2种情况，来看看真正的对象访问机制。

对象访问在Java中无处不在，但即使是最简单的访问，也会涉及到Java栈、Java堆、方法区三个最重要的内存区域之间的关联关系。

使用句柄方式访问：Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。最大好处：reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾回收时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。句柄池中有两个指针：实例数据的和类型数据的，会分别去到实例池和方法区中的对象类型数据中。

使用直接指针访问：对象实例数据和到对象类型数据的指针是放在一起的，所以节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非擦汗那个可观的执行成本。

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