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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数据区域。这些区域有各自的用途#xff0c;以及创建和销毁的时间#xff0c;有的区域随着虚拟机进程的启动而一直… 文章目录 说明程序计数器虚拟机栈本地方法栈Java堆方法区运行时常量池直接内存 说明
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数据区域。这些区域有各自的用途以及创建和销毁的时间有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。如下图这篇文章简单介绍下各个区域的作用 程序计数器
程序计数器Program Counter简称PC是Java虚拟机JVM中的一块内存区域它是一种较小的、无法被线程切换所影响的内存空间。每个线程都有自己独立的程序计数器用于存储当前线程执行的字节码指令的地址。
程序计数器在JVM中有以下几个主要作用
线程控制程序计数器指示了每个线程将要执行的指令地址。在线程切换时JVM能够恢复到正确的执行点。字节码解释器在Java中代码被编译成字节码bytecode。程序计数器用于跟踪当前执行的字节码指令以便字节码解释器能够逐条执行指令。异常处理当Java程序抛出异常时JVM会根据异常处理表来确定异常处理代码的位置。程序计数器在这里发挥了关键作用帮助JVM准确位处理代码的位置。线程私有每个线程都有自己独立的程序计数器。这使得线程能够独立执行不受其他线程影响。
简单来说程序计数器就是下一条指令要执行的地址每个线程都会具有线程私有。
虚拟机栈
虚拟机栈Virtual Machine Stack是Java虚拟机JVM为每个线程私有创建的一块内存区域用于存储方法执行过程中的局部变量、操作数栈、动态链接和方法出口等信息。每个方法在执行时都会创建一个栈帧Stack Frame并入栈方法执行完毕后栈帧出栈。栈帧包含了方法的局部变量、操作数栈、返回地址等信息。
虚拟机栈具有以下几个主要特点
线程私有每个线程都有自己独立的虚拟机栈这保证了多线程环境下方法的执行状态不会相互干扰。方法调用虚拟机栈用于保存方法调用的状态。每次方法调用时会在虚拟机栈上创建一个栈帧栈帧包含了方法的局部变量、操作数栈等信息。局部变量和操作数栈栈帧内部包含局部变量表和操作数栈。局部变量表用于存储方法中的局部变量而操作数栈用于执行操作码字节码指令时的临时存储。异常处理虚拟机栈也参与异常处理机制。当方法内部发生异常而未被捕获时虚拟机会查找虚拟机栈来定位异常发生的位置以便于异常处理。
需要注意的是虚拟机栈的大小是可以配置的并且栈空间有可能会发生栈溢出Stack Overflow异常。栈溢出通常是由于递归调用深度过大或者局部变量表和操作数栈占用的空间过大导致的。
简单来说每个方法就对应一个栈帧方法调用和执行就代表了栈帧的出栈和入栈操作栈帧里面就存放了方法的一些必要信息。
本地方法栈
本地方法栈Native Method Stack与虚拟机栈类似是Java虚拟机为执行本地方法Native Method而准备的一块内存区域。本地方法指的是用非Java语言通常是C、C等编写的方法这些方法可以通过Java的本地接口JNIJava Native Interface在Java程序中调用。
本地方法栈是为了支持Java程序与非Java本地方法之间的交互而存在的内存区域类似于虚拟机栈但用于本地方法的调用和执行。
Java堆
当我们在编写Java程序时所有的对象实例比如类的实例、数组等都需要在内存中存储。Java堆就是用来存储这些对象的地方。它是一个非常大的内存区域被所有线程共享。
关键点如下 对象存储每次使用 new 关键字创建一个对象时这个对象都会被分配到Java堆中。无论是我们自己定义的类还是Java内置的类都会在堆上分配内存。 垃圾回收Java堆是被垃圾回收器管理的。当一个对象不再被程序引用也就是没有变量指向它时垃圾回收器会回收这个对象所占用的内存以便为将来的对象分配空间。 分代结构Java堆通常被划分为不同的“代”比如新生代和老年代。新创建的对象会被分配到新生代而存活时间较长的对象会被移到老年代。这种分代结构有助于提高垃圾回收的效率。 内存设置我们可以通过命令行参数来设置Java堆的初始大小和最大大小。这可以帮助我们优化程序的内存使用。 内存溢出如果我们的程序创建了过多的对象超过了堆的可用空间就会引发内存溢出错误导致程序崩溃。
总之Java堆是用来存储Java程序中的对象的内存区域垃圾回收器会在这里管理对象的分配和释放从而保持程序的正常运行。
方法区
方法区Method Area是Java虚拟机中的一块内存区域用于存储类的元数据信息、静态变量、常量池、方法代码等。它是所有线程共享的与堆一样也是Java虚拟机的一部分。
以下是关于方法区的一些要点 元数据信息方法区主要用于存储类的元数据信息包括类的名称、访问修饰符、字段信息、方法信息等。这些信息在运行时被Java虚拟机使用例如在类加载、字节码解析和方法调用等时候。 静态变量静态变量也叫类变量被存储在方法区中。这些变量在类加载的过程中被创建并分配内存它们在整个类的生命周期内保持不变。 常量池常量池是一种存储在方法区中的数据结构用于存放编译时生成的各种字面量和符号引用。它包括字符串常量、类和接口的全限定名、字段和方法的名称和描述符等信息。 方法代码方法区也存储类的方法代码。这些代码在类被调用时被执行。方法区中存储的方法字节码被解释器或者即时编译器如HotSpot的C2编译器执行。 运行时常量池在Java 7 及之前的版本常量池也包括一部分运行时生成的常量。但从Java 8 开始运行时常量池已经被移到堆中的一部分称为运行时常量池。 内存溢出方法区内存溢出错误通常被称为“永久代溢出”这是因为在Java 7 及之前的版本中方法区被实现为持久代。随着类加载和卸载的不断进行方法区的空间也会被耗尽导致程序崩溃。
需要注意的是从Java 8 开始方法区被元空间Metaspace所取代。元空间使用的是本地内存而非虚拟机内存因此它更加灵活避免了持久代溢出等问题。
总之方法区是存储类的元数据、静态变量、常量池和方法代码等信息的内存区域是Java虚拟机重要的组成部分之一。
运行时常量池
当Java类文件被加载到内存中时会创建一个运行时常量池Runtime Constant Pool它是类中常量的一种运行时表示。运行时常量池包含了从类文件的编译时常量池中提取出来的一部分内容以及在运行时生成的常量。
编译时常量池是位于类文件中的它包含了类中的各种常量如字符串、数字、类名、方法名等。而运行时常量池是在类加载时被构建的用于在程序运行期间支持常量的引用和操作。
运行时常量池不仅包含编译时常量池中的内容还可能包括一些在运行时生成的常量。例如字符串拼接的结果、动态方法调用等都可以在运行时常量池中得到体现。
需要注意的是从Java 8 开始常量池被移到元空间Metaspace中取代了之前的永久代。元空间具有更大的灵活性不再受到固定大小的限制。在这种情况下运行时常量池仍然存在但它与常量池的管理方式有所不同。
总之运行时常量池是在类加载后构建的一种数据结构包含了编译时常量池中的部分内容以及在运行时生成的常量它为Java程序提供了常量引用和操作的支持。
直接内存
当我们在Java程序中使用内存时通常会涉及到Java堆内存、栈内存等。而直接内存是一种与传统内存管理方式不同的内存分配方式主要用于提高I/O操作的性能和效率。直接内存是一种用于提高I/O操作性能的内存分配方式在Java NIO库中得到广泛应用。虽然它可以提供一些性能优势但需要开发者自行管理分配和释放以避免潜在的风险。
传统的Java内存管理方式中Java堆内存的分配和释放都由JVM的垃圾回收机制进行管理。但是在一些特定场景下特别是涉及到I/O操作的时候传统的内存管理方式可能会导致性能问题。这时直接内存可以作为一个媒介充当了Java程序和操作系统之间的桥梁以提高性能和效率。
传统的Java堆内存分配方式涉及以下步骤
应用程序到Java堆内存的拷贝当数据从应用程序传递到Java堆内存时需要进行数据拷贝。Java堆内存到操作系统的拷贝当执行I/O操作时数据需要从Java堆内存复制到操作系统的内核缓冲区。操作系统到Java堆内存的拷贝I/O操作完成后数据又需要从操作系统的内核缓冲区复制回Java堆内存。
而使用直接内存的情况下
应用程序到直接内存的拷贝当数据从应用程序传递到直接内存时不需要进行数据拷贝数据直接存储在直接内存中。直接内存到操作系统的拷贝当执行I/O操作时数据可以直接从直接内存传递给操作系统的内核缓冲区避免了数据复制。操作系统到直接内存的拷贝I/O操作完成后数据可以直接从操作系统的内核缓冲区传递回直接内存同样避免了数据复制。
当执行I/O操作时数据可以直接从直接内存传递给操作系统的内核缓冲区避免了数据复制。 3. 操作系统到直接内存的拷贝I/O操作完成后数据可以直接从操作系统的内核缓冲区传递回直接内存同样避免了数据复制。
总之使用直接内存可以减少数据在内存之间的复制从而提高I/O操作的性能。这种方式特别适用于需要频繁进行大量I/O操作的场景例如文件读写、网络传输等。然而需要注意的是直接内存的管理需要开发者自行负责如果管理不当可能会导致内存泄漏和其他问题。
