Runtime Data Area

JVM = 类加载器(ClassLoader) + 执行引擎(Execution engine) + 运行时数据区域(Runtime data area) 。如下图所示：

Runtime data area：Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的区域。如下图是运行时数据区域的详细结构：

Java堆

  • Java堆（Java heap）是线程公有。

  • 原则上所有的对象实例都存在堆上，但是JIT与逃逸分析技术等除外。是垃圾收集器管理的主要区域。

  • 一般来说，Java堆（Java heap）是内存中最大的一块。

  • 虚拟机规范规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间。

  • 会抛出OutOfMemoryError异常。

从内存回收的角度来看，由于收集器一般采用分代收集的特点，所以堆一般可以细分为不同的区域。新生代（Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等）和老年代等。

方法区

  • 方法区（Method area）也是线程公有。

  • 用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

  • 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分

  • 不需要连续的内存空间。

  • 会抛出OutOfMemoryError异常。

很多人把方法区称为永久代（Permanent Generation），本质上是不对的。只是因为HotSpot在1.7之前用永久代来实现方法区，但是对于其它虚拟机（JRockit等）并不存在永久代的概念。

永久代与元空间

  • JDK1.7之前，HotSpot 使用永久代实现方法区。

  • JDK1.7 ，HotSpot 中符号引用（Symbols）被移动到 Native Heap中，字面量(interned strings)转移到了java heap；类的静态变量(class statics)转移到了java heap(移动到了java.lang.Class对象中)。

  • 在 JDK1.8 中，永久代已完全被元空间(Meatspace)所取代。元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间有两个区别：

    • 存储位置：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。​

    • 存储内容：元空间存储类的元信息，静态变量和常量池等并入堆中。也就是说永久代的数据被分到了堆和元空间。

  • PermSize和MaxPermSize参数已移除。

  • 元空间常用的参数：

    1. MetaspaceSize：初始化的Metaspace大小，控制元空间发生GC的阈值。GC后，动态增加或降低MetaspaceSize。

    2. MaxMetaspaceSize：限制Metaspace增长的上限。

    3. MinMetaspaceFreeRatio：当进行过Metaspace GC之后，会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比小于这个参数（即实际非空闲占比过大，内存不够用），那么虚拟机将增长Metaspace的大小。默认值为40，也就是40%。

    4. MaxMetasaceFreeRatio：当进行过Metaspace GC之后， 会计算当前Metaspace的空闲空间比，如果空闲比大于这个参数，那么虚拟机会释放Metaspace的部分空间。默认值为70，也就是70%。

Java虚拟机栈

  • Java虚拟机栈（VM stack）是线程私有。

  • 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：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

  • 局部变量表存放了编译期可知的8种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。局部变量表所需的内存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。

  • 会抛出StackOverflowError（栈深度大于虚拟机所允许的深度）和OutOfMemoryError（无法申请到足够的内存）异常。

注意区分栈帧和栈这两个概念。 栈指的是整个线程的执行栈， 栈帧是栈中的一个单位， 每个方法对应一个栈帧。 JVM会对Java栈执行两种操作： 压栈和出栈。 这两种操作在执行时都是以帧（栈帧）为单位的。 当调用了一个新的方法， 就会压入一个栈帧， 当一个方法调用完成， 就会弹出这个方法的栈帧， 回到调用者的栈帧。

本地方法栈

  • 本地方法栈（Native method stack）是线程私有。

  • 与Java虚拟机栈类似，虚拟机栈执行Java方法，本地方法栈执行Native方法。

  • 会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

程序计数器

  • 程序计数器（Program Counter ）是线程私有。

  • 可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

  • Java会有线程切换，正是这个计数器来保证线程切换回来后能够恢复到正确的执行位置。

  • 如果这个线程执行的是Java方法，则计数器的值为正在执行的字节码指令的地址；如果是Native方式，则这个计数器值则为空（Undefined）。

  • 唯一不会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存

  • 直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时区域的一部分，也不是虚拟机规范中定义的内存区域。

  • NIO可以直接分配堆外内存，可以不用在本地方法栈和虚拟机栈中复制数据，通过一个存储在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。

  • 也可能导致OutOfMemoryError。

PreviousClass & Instance InitializationNextGarbage Collection

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