JVM内存模型

2018-01-15 本文已影响0人 24K男

每个做Java相关工作的孩子都是折翼的天使，因为你不得不学习JVM内存模型。

0. 前言

相信各位工程师多多少少都会接触到jvm内存模型，我们常说的栈和堆到底是什么玩意？面试官让我简单谈谈内存模型，我该说些什么？

别着急，跟着我往下看，没准你能收获些知识点。

Java与C++之前有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的'高墙'，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。

程序计数器是一块小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机概念里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

每个线程都需要有一个单独的程序计数器。

why?为什么程序计数器是线程是私有区域？

由于jvm的多线程是通过多线程乱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，一个处理器都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，线程之间互不影响，独立存储。

如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，那么这个计数器值则为空。

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。

与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有，它的生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个帧栈，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

每个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个帧栈在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

经常有人把Java内存分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),这种分法比较粗糙，其中所指的栈就是现在讲的虚拟机栈，或者说虚拟机栈中局部变量表部分。

局部变量表中存放了编译期可知的各种基本类型(boolean\byte\char\short\int\long\float\double),对象引用(reference类型)和returnAddress类型。

局部变量表所需要的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，在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

本地方法栈与虚拟机栈所发回的恶作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的内存实例都在这里分配内存。

这点在Java虚拟机规范中的描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作GC堆。

根据虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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。

Java虚拟机规范对方法去的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定的大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。

运行时常量池是方法区的一部分，Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。

NIO引入了一种基于通道与缓冲区的IO方法，它可以使用Native函数库直接分配对外内存，然后通过一个存储在Java对中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。