【JVM 详解】Java内存区域和对象访问详解
2018-01-05 11:54
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一、Java运行时数据区域
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会将它所管理的内存区域划分为一下几个区域:
1、程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空寂按,可以看作是当前线程的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型中(不同虚拟机有不同的实现方式),字节码解释器就是通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
在多线程中,每个单独的线程都有自己独立的程序计数器,各个线程之间的程序计数器互不影响,我们称这类内存区域为“线程私有”内存区域。
如果线程执行的是一个Java方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;如果当前线程执行的是Native方法,计数器的值则为空。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。
2、Java虚拟机栈
与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的。他的生命周期与程序计数器相同。
Java虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型:每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
局部变量表存放个了编译时可知的各种基本数据类型:boolean、byte、char、short、int、float、long、double、对象引用类型(可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和return Address类型(指向了一条字节码指令的地址)。
在Java虚拟机规范中对这块区域定义了两个异常:如果线程请求的栈深度大于虚拟机可提供的栈深度,将抛出StackOverflowError一场;如果虚拟机可以动态扩展(当前大部分虚拟机都可以动态扩展,只不过Java虚拟机规范中允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展是无法申请到更多的内存空间,就会抛出OutOfMemoryError异常。
3、本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈作用相似,区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务(Java字节码文件),而本地方法栈则为虚拟机使用到的本地方法(Native方法)服务。有的虚拟机(如Sun HotSpot虚拟机)直接将这两个内存区域合二为一。
4、Java堆
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。它的唯一目的就是存放所有对象的实例。
Java堆也是垃圾回收器的主要管理区域。
由于现在垃圾回收器基本采用的是分代收集算法,所以Java堆也被分作:新生代和老年代。
根据Java虚拟机规范规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间,逻辑上连续即可。
5、方法区
方法区与Java堆一样,是一块被所有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。
习惯在HotSpot虚拟机开发和部署程序的开发者,很多人愿意把方法区成为永久代,本质上两者并不等价,而是因为HotSpot的设计团队选择把GC分代回收扩展到了方法区,或者说用永久代来实现方法区。对于其他虚拟机则不存在永久代的概念。
6、运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分,Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息,还有一项是常量池。常量池主要用于存放在编译期产生的各种字面量和符号引用,这些内容会在类加载后存放在方法区的常量池中。
运行时常量池除了保存Class文件中描述的符号引用,还会存放翻译出来的直接引用。
运行时常量池在运行期间可以将新的常量放入运行时常量池中,可以使用String类的intern()方法,不过一般使用比较少。
7、直接内存
本机内存不是Java虚拟机的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,可以理解为它指的就是本机的内存除去Java虚拟机指定的上部分内存区域。
从Java JDK1.4版本开始,Java引入了一种NIO(New Input/Ouput)类,一种基于通道和缓冲区的IO方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆里边的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。因此当无法申请到足够的内存时也会报OutOfMemoryError。
二、对象访问
在Java虚拟机中规范了引用类型(reference)指向一个存储在Java堆中的对象,但是并没有制定要如何通过这个引用来定位对象。因此不同的Java虚拟机厂商有不同的实现方式。使用最多的是使用句柄池或直接指针。
(1)句柄池:
reference中存储的就是对象的句柄地址,句柄中则包含了对象实例和类型数据的具体地址信息。
(2)、直接指针:
如果使用直接指针访问方式,Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中存储的就是对象地址。
(3)、句柄池和直接指针方式优点比较:
句柄池:使用句柄池的好处是reference中存放的是稳定的句柄,当对象被移动时,只需要改变句柄中的实例数据指针,reference本身不需要修改。
直接指针:使用直接指针方式的好处是可以节省一次指针定位的时间开销,访问速度更快。由于Java在运行是对对象的访问很频繁,因此这种时间开销也是很大的。
在Sun HotSpot虚拟机中采用的就是直接指针的访问方式
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会将它所管理的内存区域划分为一下几个区域:
1、程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空寂按,可以看作是当前线程的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型中(不同虚拟机有不同的实现方式),字节码解释器就是通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
在多线程中,每个单独的线程都有自己独立的程序计数器,各个线程之间的程序计数器互不影响,我们称这类内存区域为“线程私有”内存区域。
如果线程执行的是一个Java方法,计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址;如果当前线程执行的是Native方法,计数器的值则为空。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。
2、Java虚拟机栈
与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的。他的生命周期与程序计数器相同。
Java虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型:每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
局部变量表存放个了编译时可知的各种基本数据类型:boolean、byte、char、short、int、float、long、double、对象引用类型(可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和return Address类型(指向了一条字节码指令的地址)。
在Java虚拟机规范中对这块区域定义了两个异常:如果线程请求的栈深度大于虚拟机可提供的栈深度,将抛出StackOverflowError一场;如果虚拟机可以动态扩展(当前大部分虚拟机都可以动态扩展,只不过Java虚拟机规范中允许固定长度的虚拟机栈),如果扩展是无法申请到更多的内存空间,就会抛出OutOfMemoryError异常。
3、本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈作用相似,区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务(Java字节码文件),而本地方法栈则为虚拟机使用到的本地方法(Native方法)服务。有的虚拟机(如Sun HotSpot虚拟机)直接将这两个内存区域合二为一。
4、Java堆
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。它的唯一目的就是存放所有对象的实例。
Java堆也是垃圾回收器的主要管理区域。
由于现在垃圾回收器基本采用的是分代收集算法,所以Java堆也被分作:新生代和老年代。
根据Java虚拟机规范规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间,逻辑上连续即可。
5、方法区
方法区与Java堆一样,是一块被所有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。
习惯在HotSpot虚拟机开发和部署程序的开发者,很多人愿意把方法区成为永久代,本质上两者并不等价,而是因为HotSpot的设计团队选择把GC分代回收扩展到了方法区,或者说用永久代来实现方法区。对于其他虚拟机则不存在永久代的概念。
6、运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分,Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息,还有一项是常量池。常量池主要用于存放在编译期产生的各种字面量和符号引用,这些内容会在类加载后存放在方法区的常量池中。
运行时常量池除了保存Class文件中描述的符号引用,还会存放翻译出来的直接引用。
运行时常量池在运行期间可以将新的常量放入运行时常量池中,可以使用String类的intern()方法,不过一般使用比较少。
7、直接内存
本机内存不是Java虚拟机的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,可以理解为它指的就是本机的内存除去Java虚拟机指定的上部分内存区域。
从Java JDK1.4版本开始,Java引入了一种NIO(New Input/Ouput)类,一种基于通道和缓冲区的IO方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在Java堆里边的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。因此当无法申请到足够的内存时也会报OutOfMemoryError。
二、对象访问
在Java虚拟机中规范了引用类型(reference)指向一个存储在Java堆中的对象,但是并没有制定要如何通过这个引用来定位对象。因此不同的Java虚拟机厂商有不同的实现方式。使用最多的是使用句柄池或直接指针。
(1)句柄池:
reference中存储的就是对象的句柄地址,句柄中则包含了对象实例和类型数据的具体地址信息。
(2)、直接指针:
如果使用直接指针访问方式,Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中存储的就是对象地址。
(3)、句柄池和直接指针方式优点比较:
句柄池:使用句柄池的好处是reference中存放的是稳定的句柄,当对象被移动时,只需要改变句柄中的实例数据指针,reference本身不需要修改。
直接指针:使用直接指针方式的好处是可以节省一次指针定位的时间开销,访问速度更快。由于Java在运行是对对象的访问很频繁,因此这种时间开销也是很大的。
在Sun HotSpot虚拟机中采用的就是直接指针的访问方式
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