1.jvm内存模型

不念不忘少年蓝@ 2023-06-14 06:29 5阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  一、内存模型
     *   *  1.线程私有区：
         *  2.线程共享区：
     *  二、 详细模型
     *   *  1.程序计数器PC
         *   *  Java 多线程的实现：
         *  2.虚拟机栈
         *   *  1.栈帧(Stack Frame)结构：
             *   *  1.局部变量表：
                 *  2.操作栈：
                 *  3.动态连接
                 *  4.方法返回地址
                 *  5.额外附加信息
             *  2.异常(Exception)
         *  3.本地方法栈
         *   *  1.异常(Exception)：
         *  4.Java堆
         *   *  1.新生代
             *   *  1.Eden Space(伊甸园区)
                 *  2.Survivor Space(幸存区)
                 *   *  1.To Survivor 区
                     *  2.From Survivor 区
             *  2.Old Gen(老年代)
             *  3.对象创建过程：堆上分配着实例对象过程
             *  4.异常(Exception)：
         *  5.方法区：持久代
         *   *  1.异常：OutOfMemoryError: PermGen space
         *  6.运行时常量池
         *   *  1.字面量：
             *  2.符号引用
             *  4.异常：OutOfMemoryError: PermGen space

## 一、内存模型 ##

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。

运行时内存模型，分为线程私有和共享数据区两大类，其中线程私有的数据区包含程序计数器、虚拟机栈、本地方法区，所有线程共享的数据区包含Java堆、方法区，在方法区内有一个常量池。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RlbmdkYXpoYW5nNzcwOTYwNDM2_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 1.线程私有区： ###

1.  程序计数器：记录正在执行的虚拟机字节码的地址。
2.  虚拟机栈：方法执行的内存区，每个方法执行时会在虚拟机栈中创建栈帧。
3.  本地方法栈：虚拟机的Native方法执行的内存区。

### 2.线程共享区： ###

1.  Java堆：对象分配内存的区域；
2.  方法区：也称为持久代。
3.  常量池：存放编译器生成的各种字面量和符号引用，是方法区的一部分。

## 二、 详细模型 ##

运行时内存分为五大块区域（常量池属于方法区，算作一块区域），前面简要介绍了每个区域的功能，那接下来再详细说明每个区域的内容，Java内存总体结构图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RlbmdkYXpoYW5nNzcwOTYwNDM2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 1.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。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）。

#### Java 多线程的实现： ####

java 多线程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（对于多核处理器来说是一个内核）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。

### 2.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。

#### 1.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栈的栈元素。见上图， 栈帧包括：

##### 1.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。

##### 2.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。

##### 3.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。

##### 4.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。

##### 5.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。

#### 2.异常(Exception) ####

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

### 3.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。

#### 1.异常(Exception)： ####

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

### 4.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；

#### 1.新生代 ####

##### 1.Eden Space(伊甸园区) #####

对象第一次生成都是存放在这里（除非对象太大这里放不下会直接进入年老带）

##### 2.Survivor Space(幸存区) #####

###### 1.To Survivor 区 ######

执行垃圾回收的时候Eden区域不能被回收的对象被放入到空的 To survivor 区域。

###### 2.From Survivor 区 ######

Eden区域的内存会在垃圾回收的过程中全部释放，To Survivor 和 From Survivor的标记会互换，始终保证一个survivor是空的。

#### 2.Old Gen(老年代) ####

用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。

#### 3.对象创建过程：堆上分配着实例对象过程 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3RlbmdkYXpoYW5nNzcwOTYwNDM2_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
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。

在堆上内存分配是并发进行的，虚拟机采用CAS（Compare and Swap，比较并操作）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

#### 4.异常(Exception)： ####

Java虚拟机规范规定该区域可抛出OutOfMemoryError。

### 5.方法区：持久代 ###

存放类信息、运行时常量池、静态变量、编译器（即时编译器JIT）编译后的代码等数据，垃圾回收通常只针对持久带的常量池和类型卸载。

#### 1.异常：OutOfMemoryError: PermGen space ####

因此造成这个错误的原因是持久代的内存太小了比如，而且同时在main方法中进行新增了大量字符串，并且设置了vm的参数如下：  
\-XX:PermSize=2M -XX:MaxPermSize=2M -Xms5M -Xmx5M -XX:-UseGCOverheadLimit

### 6.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。

#### 1.字面量： ####

与Java语言层面的常量概念相近，包含1.文本字符串、2.声明为final的常量值等。

#### 2.符号引用 ####

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

#### 4.异常：OutOfMemoryError: PermGen space ####

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