一、JVM簡介

JVM，即Java虛擬機(jī)（Java Virtual Machine），一種能夠運(yùn)行Java bytecode的虛擬機(jī)，是Java實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的基礎(chǔ)。

引入Java語言虛擬機(jī)后，Java語言在不同平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)不需要重新編譯。Java語言使用Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。Java虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，把字節(jié)碼解釋成具體平臺(tái)上的機(jī)器指令執(zhí)行。這就是Java的能夠“一次編譯，到處運(yùn)行”的原因。

二、JVM分區(qū)

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中，會(huì)把它管轄的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。如下圖所示：

（1）程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）：程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)比較小的內(nèi)存區(qū)域，用于指示當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行到了第幾行，可以理解為是當(dāng)前線程的行號指示器。字節(jié)碼解釋器在工作時(shí)，會(huì)通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來取下一條語句指令。每個(gè)程序計(jì)數(shù)器只用來記錄一個(gè)線程的行號，所以它是線程私有（一個(gè)線程就有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器）的。

如果程序執(zhí)行的是一個(gè)Java方法，則計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址；如果正在執(zhí)行的是一個(gè)本地（native，由C語言編寫完成）方法，則計(jì)數(shù)器的值為Undefined，由于程序計(jì)數(shù)器只是記錄當(dāng)前指令地址，所以不存在內(nèi)存溢出的情況，因此，程序計(jì)數(shù)器也是所有JVM內(nèi)存區(qū)域中唯一一個(gè)沒有定義OutOfMemoryError的區(qū)域。

（2）虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棧（JVM Stack）：一個(gè)線程的每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Statck Frame），棧幀中存儲(chǔ)的有局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等，當(dāng)方法被調(diào)用時(shí)，棧幀在JVM棧中入棧，當(dāng)方法執(zhí)行完成時(shí)，棧幀出棧。

局部變量表中存儲(chǔ)著方法的相關(guān)局部變量，包括各種基本數(shù)據(jù)類型，對象的引用，返回地址等。在局部變量表中，只有l(wèi)ong和double類型會(huì)占用2個(gè)局部變量空間（Slot，對于32位機(jī)器，一個(gè)Slot就是32個(gè)bit），其它都是1個(gè)Slot。需要注意的是，局部變量表是在編譯時(shí)就已經(jīng)確定好的，方法運(yùn)行所需要分配的空間在棧幀中是完全確定的，在方法的生命周期內(nèi)都不會(huì)改變。

虛擬機(jī)棧中定義了兩種異常，如果線程調(diào)用的棧深度大于虛擬機(jī)允許的最大深度，則拋出StatckOverFlowError（棧溢出）；不過多數(shù)Java虛擬機(jī)都允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展虛擬機(jī)棧的大小(有少部分是固定長度的)，所以線程可以一直申請棧，直到內(nèi)存不足，此時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出）。

每個(gè)線程對應(yīng)著一個(gè)虛擬機(jī)棧，因此虛擬機(jī)棧也是線程私有的。

（3）本地方法棧

本地方法棧（Native Method Statck）：本地方法棧在作用、運(yùn)行機(jī)制、異常類型等方面都與虛擬機(jī)棧相同，唯一的區(qū)別是：虛擬機(jī)棧是執(zhí)行Java方法的，而本地方法棧是用來執(zhí)行native方法的，在很多虛擬機(jī)中（如Sun的JDK默認(rèn)的HotSpot虛擬機(jī)），會(huì)將本地方法棧與虛擬機(jī)棧放在一起使用。

本地方法棧也是線程私有的。

（4）堆區(qū)

堆區(qū)（Heap）：堆區(qū)是理解Java GC機(jī)制最重要的區(qū)域，沒有之一。在JVM所管理的內(nèi)存中，堆區(qū)是最大的一塊，堆區(qū)也是Java GC機(jī)制所管理的主要內(nèi)存區(qū)域，堆區(qū)由所有線程共享，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。堆區(qū)的存在是為了存儲(chǔ)對象實(shí)例，原則上講，所有的對象都在堆區(qū)上分配內(nèi)存（不過現(xiàn)代技術(shù)里，也不是這么絕對的，也有棧上直接分配的）。

一般的，根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，堆內(nèi)存需要在邏輯上是連續(xù)的（在物理上不需要），在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以是固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，目前主流的虛擬機(jī)都是可擴(kuò)展的。如果在執(zhí)行垃圾回收之后，仍沒有足夠的內(nèi)存分配，也不能再擴(kuò)展，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

（5）方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）：在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，將方法區(qū)作為堆的一個(gè)邏輯部分來對待，但事實(shí)上，方法區(qū)并不是堆（Non-Heap）；另外，不少人的博客中，將Java GC的分代收集機(jī)制分為3個(gè)代：青年代，老年代，永久代，這些作者將方法區(qū)定義為“永久代”，這是因?yàn)?#xff0c;對于之前的HotSpot Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式中，將分代收集的思想擴(kuò)展到了方法區(qū)，并將方法區(qū)設(shè)計(jì)成了永久代。不過，除HotSpot之外的多數(shù)虛擬機(jī)，并不將方法區(qū)當(dāng)做永久代，HotSpot本身，也計(jì)劃取消永久代。本文中，由于筆者主要使用Oracle JDK6.0，因此仍將使用永久代一詞。

方法區(qū)是各個(gè)線程共享的區(qū)域，用于存儲(chǔ)已經(jīng)被虛擬機(jī)加載的類信息（即加載類時(shí)需要加載的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態(tài)變量、編譯器即時(shí)編譯的代碼等。

方法區(qū)在物理上也不需要是連續(xù)的，可以選擇固定大小或可擴(kuò)展大小，并且方法區(qū)比堆還多了一個(gè)限制：可以選擇是否執(zhí)行垃圾收集。一般的，方法區(qū)上執(zhí)行的垃圾收集是很少的，這也是方法區(qū)被稱為永久代的原因之一（HotSpot），但這也不代表著在方法區(qū)上完全沒有垃圾收集，其上的垃圾收集主要是針對常量池的內(nèi)存回收和對已加載類的卸載。

在方法區(qū)上進(jìn)行垃圾收集，條件苛刻而且相當(dāng)困難，效果也不令人滿意，所以一般不做太多考慮，可以留作以后進(jìn)一步深入研究時(shí)使用。

在方法區(qū)上定義了OutOfMemoryError異常，在內(nèi)存不足時(shí)拋出。

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分，用于存儲(chǔ)編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用（符號引用就是編碼是用字符串表示某個(gè)變量、接口的位置，直接引用就是根據(jù)符號引用翻譯出來的地址，將在類鏈接階段完成翻譯）；運(yùn)行時(shí)常量池除了存儲(chǔ)編譯期常量外，也可以存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生的常量（比如String類的intern()方法，作用是String維護(hù)了一個(gè)常量池，如果調(diào)用的字符“abc”已經(jīng)在常量池中，則返回池中的字符串地址，否則，新建一個(gè)常量加入池中，并返回地址）。

（6）直接內(nèi)存

直接內(nèi)存（Direct Memory）：直接內(nèi)存并不是JVM管理的內(nèi)存，可以這樣理解，直接內(nèi)存，就是JVM以外的機(jī)器內(nèi)存，比如，你有4G的內(nèi)存，JVM占用了1G，則其余的3G就是直接內(nèi)存，JDK中有一種基于通道（Channel）和緩沖區(qū) （Buffer）的內(nèi)存分配方式，將由C語言實(shí)現(xiàn)的native函數(shù)庫分配在直接內(nèi)存中，用存儲(chǔ)在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。 由于直接內(nèi)存收到本機(jī)器內(nèi)存的限制，所以也可能出現(xiàn)OutOfMemoryError的異常。

參考資料：https://segmentfault.com/a/1190000002579346

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM（1）——JVM内存分区的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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