Jvm內存模型概述

java是在java虛擬機上運行，一般地大家講到的Java內存其實就是Jvm內存

一、內存模型

Java內存模型，往往是指Java程序在運行時內存的模型，而Java代碼是運行在Java虛擬機之上的，由Java虛擬機通過解釋執行(解釋器)或編譯執行(即時編譯器)來完成，故Java內存模型，也就是指Java虛擬機的運行時內存模型。

作為Java開發人員來說，並不需要像C/C++開發人員，需要時刻注意內存的釋放，而是全權交給虛擬機去管理，那麼有就必要了解虛擬機的運行時內存是如何構成的。運行時內存模型，分為線程私有和共享數據區兩大類，其中線程私有的數據區包含程序計數器、虛擬機棧、本地方法區，所有線程共享的數據區包含Java堆、方法區，在方法區內有一個常量池。

（1）線程私有區：

• 程序計數器，記錄正在執行的虛擬機字節碼的地址；
• 虛擬機棧：方法執行的內存區，每個方法執行時會在虛擬機棧中創建棧幀；
• 本地方法棧：虛擬機的Native方法執行的內存區；

（2）線程共享區：

• Java堆：對象分配內存的區域；
• 方法區：存放類信息、常量、靜態變量、編譯器編譯後的代碼等數據；
  • 常量池：存放編譯器生成的各種字面量和符號引用，是方法區的一部分。

對於大多數的程序員來說，Java內存比較流行的說法便是堆和棧，這其實是非常粗略的一種劃分，這種劃分的”堆”對應內存模型的Java堆，”棧”是指虛擬機棧，然而Java內存模型遠比這更復雜，想深入了解Java的內存，還是有必要明白整個內存模型。

二、 詳細模型

運行時內存分為五大塊區域（常量池屬於方法區，算作一塊區域），前面簡要介紹了每個區域的功能，那接下來再詳細說明每個區域的內容，Java內存總體結構圖如下：

2.1 程序計數器PC

程序計數器PC，當前線程所執行的字節碼行號指示器。每個線程都有自己計數器，是私有內存空間，該區域是整個內存中較小的一塊。

當線程正在執行一個Java方法時，PC計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼的地址；當線程正在執行的一個Native方法時，PC計數器則為空（Undefined）。

2.2 虛擬機棧

虛擬機棧，生命周期與線程相同，是Java方法執行的內存模型。每個方法(不包含native方法)執行的同時都會創建一個棧幀結構，方法執行過程，對應著虛擬機棧的入棧到出棧的過程。

棧幀(Stack Frame)結構

棧幀是用於支持虛擬機進行方法執行的數據結構，是屬性運行時數據區的虛擬機站的棧元素。見上圖， 棧幀包括：

1. 局部變量表 (locals大小，編譯期確定)，一組變量存儲空間， 容量以slot為最小單位。
2. 操作棧(stack大小，編譯期確定)，操作棧元素的數據類型必須與字節碼指令序列嚴格匹配
3. 動態連接， 指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用，為了 動態連接使用。
   • 前面的解析過程其實是靜態解析；
   • 對於運行期轉化為直接引用，稱為動態解析。
4. 方法返回地址
   • 正常退出，執行引擎遇到方法返回的字節碼，將返回值傳遞給調用者
   • 異常退出，遇到Exception,並且方法未捕捉異常，那麼不會有任何返回值。
5. 額外附加信息，虛擬機規范沒有明確規定，由具體虛擬機實現。

因此，一個棧幀的大小不會受到

異常(Exception)

Java虛擬機規范規定該區域有兩種異常：

• StackOverFlowError：當線程請求棧深度超出虛擬機棧所允許的深度時拋出
• OutOfMemoryError：當Java虛擬機動態擴展到無法申請足夠內存時拋出

2.3 本地方法棧

本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法提供內存空間，而前面講的虛擬機棧式為Java方法提供內存空間。有些虛擬機的實現直接把本地方法棧和虛擬機棧合二為一，比如非常典型的Sun HotSpot虛擬機。

異常(Exception)：Java虛擬機規范規定該區域可拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

2.4 Java堆

Java堆，是Java虛擬機管理的最大的一塊內存，也是GC的主戰場，裡面存放的是幾乎所有的對象實例和數組數據。JIT編譯器有棧上分配、標量替換等優化技術的實現導致部分對象實例數據不存在Java堆，而是棧內存。

• 從內存回收角度，Java堆被分為新生代和老年代；這樣劃分的好處是為了更快的回收內存；
• 從內存分配角度，Java堆可以劃分出線程私有的分配緩沖區(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)；這樣劃分的好處是為了更快的分配內存；

對象創建的過程是在堆上分配著實例對象，那麼對象實例的具體結構如下：

對於填充數據不是一定存在的，僅僅是為了字節對齊。HotSpot VM的自動內存管理要求對象起始地址必須是8字節的整數倍。對象頭本身是8的倍數，當對象的實例數據不是8的倍數，便需要填充數據來保證8字節的對齊。該功能類似於高速緩存行的對齊。

另外，關於在堆上內存分配是並發進行的，虛擬機采用CAS加失敗重試保證原子操作，或者是采用每個線程預先分配TLAB內存.

異常(Exception)：Java虛擬機規范規定該區域可拋出OutOfMemoryError。

2.5 方法區

方法區主要存放的是已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、編譯器編譯後的代碼等數據。GC在該區域出現的比較少。

異常(Exception)：Java虛擬機規范規定該區域可拋出OutOfMemoryError。

2.6 運行時常量池

運行時常量池也是方法區的一部分，用於存放編譯器生成的各種字面量和符號引用。運行時常量池除了編譯期產生的Class文件的常量池，還可以在運行期間，將新的常量加入常量池，比較常見的是String類的intern()方法。

• 字面量：與Java語言層面的常量概念相近，包含文本字符串、聲明為final的常量值等。
• 符號引用：編譯語言層面的概念，包括以下3類：
  • 類和接口的全限定名
  • 字段的名稱和描述符
  • 方法的名稱和描述符

但是該區域不會拋出OutOfMemoryError異常。