Table of Contents

  1. 内存模型图
  2. 详细介绍
    1. 程序计数器PC
    2. 虚拟机栈
    3. 本地方法栈
    4. 方法区
    5. Java堆


  • 一般地大家讲到的Java内存其实就是Jvm内存
  • Java代码是运行在Java虚拟机之上的,由Java虚拟机通过解释执行(解释器)或编译执行(即时编译器)来完成,故Java内存模型,也就是指Java虚拟机的运行时内存模型。

内存模型图

详细介绍

程序计数器PC

  • 程序计数器PC,当前线程所执行的字节码行号指示器。每个线程都有自己计数器,是私有内存空间,该区域是整个内存中较小的一块。

  • 当线程正在执行一个Java方法时,PC计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的地址;当线程正在执行的一个Native方法时,PC计数器则为空(Undefined)。

虚拟机栈

虚拟机栈,生命周期与线程相同,是Java方法执行的内存模型。每个方法(不包含native方法)执行的同时都会创建一个栈帧结构,方法执行过程,对应着虚拟机栈的入栈到出栈的过程。

栈帧(Stack Frame)结构
栈帧是用于支持虚拟机进行方法执行的数据结构,是属性运行时数据区的虚拟机站的栈元素。见上图, 栈帧包括:

  • 局部变量表 (locals大小,编译期确定),一组变量存储空间, 容量以slot为最小单位。
  • 操作栈(stack大小,编译期确定),操作栈元素的数据类型必须与字节码指令序列严格匹配
  • 动态连接, 指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,为了 动态连接使用。
    前面的解析过程其实是静态解析;
    对于运行期转化为直接引用,称为动态解析。
  • 方法返回地址
    正常退出,执行引擎遇到方法返回的字节码,将返回值传递给调用者
    异常退出,遇到Exception,并且方法未捕捉异常,那么不会有任何返回值。
  • 额外附加信息,虚拟机规范没有明确规定,由具体虚拟机实现。

异常(Exception)
Java虚拟机规范规定该区域有两种异常:

  • StackOverFlowError:当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出
  • OutOfMemoryError:当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出

本地方法栈

本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法提供内存空间,而前面讲的虚拟机栈式为Java方法提供内存空间。有些虚拟机的实现直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一,比如非常典型的Sun HotSpot虚拟机。

异常(Exception)
Java虚拟机规范规定该区域可抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

方法区

方法区主要存放的是已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据。GC在该区域出现的比较少。

异常(Exception)
Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池
运行时常量池也是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。运行时常量池除了编译期产生的Class文件的常量池,还可以在运行期间,将新的常量加入常量池,比较常见的是String类的intern()方法。

  • 字面量:与Java语言层面的常量概念相近,包含文本字符串、声明为final的常量值等。

  • 符号引用:编译语言层面的概念,包括以下3类:

  1. 类和接口的全限定名
  2. 字段的名称和描述符
  3. 方法的名称和描述符
    但是该区域不会抛出OutOfMemoryError异常。

Java堆

Java堆,是Java虚拟机管理的最大的一块内存,也是GC的主战场,里面存放的是几乎所有的对象实例和数组数据。JIT编译器有栈上分配、标量替换等优化技术的实现导致部分对象实例数据不存在Java堆,而是栈内存。

  • 从内存回收角度,Java堆被分为新生代和老年代;这样划分的好处是为了更快的回收内存;
  • 从内存分配角度,Java堆可以划分出线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB);这样划分的好处是为了更快的分配内存;

对象创建的过程是在堆上分配着实例对象,那么对象实例的具体结构如下:

对于填充数据不是一定存在的,仅仅是为了字节对齐。HotSpot VM的自动内存管理要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。对象头本身是8的倍数,当对象的实例数据不是8的倍数,便需要填充数据来保证8字节的对齐。该功能类似于高速缓存行的对齐。

另外,关于在堆上内存分配是并发进行的,虚拟机采用CAS加失败重试保证原子操作,或者是采用每个线程预先分配TLAB内存.

异常(Exception)
Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。

参考:
http://gityuan.com/2016/01/09/java-memory/