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JVM内存结构

JVM内存结构

《深入理解Java虚拟机(第2版)》中的描述是下面这个样子的:
jvm
JVM的内存结构大概分为:

  • 堆(Heap):线程共享。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。回收器主要管理的对象。
  • 方法区(Method Area):线程共享。存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
  • 方法栈(JVM Stack):线程私有。存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口,对象指针。
  • 本地方法栈(Native Method Stack):线程私有。为虚拟机使用到的Native 方法服务。如Java使用c或者c++编写的接口服务时,代码在此区运行。
  • 程序计数器(Program Counter Register):线程私有。有些文章也翻译成PC寄存器(PC Register),同一个东西。它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。指向下一条要执行的指令。

​ 堆的作用是存放对象实例和数组。从结构上来分,可以分为新生代和老年代。而新生代又可以分为Eden 空间、From Survivor 空间(s0)、To Survivor 空间(s1)。 所有新生成的对象首先都是放在新生代的。需要注意,Survivor的两个区是对称的,没先后关系,所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来的对象,和从前一个Survivor复制过来的对象,而复制到老年代的只有从第一个Survivor区过来的对象。而且,Survivor区总有一个是空的。

  • 控制参数
    -Xms设置堆的最小空间大小。-Xmx设置堆的最大空间大小。-XX:NewSize设置新生代最小空间大 小。-XX:MaxNewSize设置新生代最小空间大小。
  • 垃圾回收
    此区域是垃圾回收的主要操作区域。
  • 异常情况
    如果在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OutOfMemoryError 异常

方法区

​ 方法区(Method Area)与Java 堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java 虚拟机规范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(非堆),目的应该是与Java 堆区分开来。

​ 很多人愿意把方法区称为“永久代”(Permanent Generation),本质上两者并不等价,仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机(如BEA JRockit、IBM J9 等)来说是不存在永久代的概念的。在Java8中永生代彻底消失了。

  • 控制参数

    -XX:PermSize 设置最小空间 -XX:MaxPermSize 设置最大空间。

  • 垃圾回收

    对此区域会涉及但是很少进行垃圾回收。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载,一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意。

  • 异常情况

    根据Java 虚拟机规范的规定, 当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError。

方法栈

​ 每个线程会有一个私有的栈。每个线程中方法的调用又会在本栈中创建一个栈帧。在方法栈中会存放编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型,它不等同于对象本身。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变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。

  • 控制参数

-Xss控制每个线程栈的大小。

  • 异常情况

在Java 虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:

- StackOverflowError: 异常线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时抛出;

- OutOfMemoryError 异常: 虚拟机栈可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出。

本地方法栈

本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其

区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则

是为虚拟机使用到的Native 方法服务。

  • 控制参数

    在Sun JDK中本地方法栈和方法栈是同一个,因此也可以用-Xss控制每个线程的大小。

  • 异常情况

    与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。

程序计数器

它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

  • 异常情况

此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

常见内存溢出错误

有了对内存结构清晰的认识,就可以帮助我们理解不同的OutOfMemoryErrors,下面列举一些比较常见的内存溢出错误,通过查看冒号“:”后面的提示信息,基本上就能断定是JVM运行时数据的哪个区域出现了问题。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

原因:对象不能被分配到堆内存中。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

原因:类或者方法不能被加载到老年代。它可能出现在一个程序加载很多类的时候,比如引用了很多第三方的库。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

原因:创建的数组大于堆内存的空间。

参考

JVM内存结构和Java内存模型