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JVM运行时的数据区域

JVM在运行时,会按照程序执行的需要来创建一系列的运行时数据区域。有的区域只会随JVM起停而被创建和销毁,有的区域则会独立分配给各个线程,并随线程的起停而创建和销毁。这些运行时区域,按照功能和性质不同,会分成如下几部分:

pc(program counter)寄存器

JVM允许同时运行多个线程,每个线程都有它自己的PC寄存器。在任意时刻,每个JVM线程都在执行一个方法中的某条语句,而这个正在被执行的方法,就叫做这个线程的“当前方法”。

如果当前方法不是一个本地(native)方法,那么PC寄存器的内容是当前正在执行的指令的地址;如果当前方法是本地方法,那么PC寄存器的值则是空(undefined)的。

JVM栈

每个JVM都会在其启动时创建自己私有的JVM栈,栈之中存储的是栈帧,用于存储局部变量和方法调用信息。

规范中允许栈的深度可以是固定的,也可以根据要求动态的扩展和收缩。如果是固定深度的栈,那么每个栈的深度会在其创建时按照需要独立指定。

当请求创建的栈大于所允许的深度,那么JVM会抛出StackOverflowError异常;当程序试图扩大一个可以动态伸缩的栈,或者试图为新的线程创建一个栈,但是可用内存不足以完成这个操作时,那么JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈与JVM栈类似,保存了本地方法的调用信息。

本地方法栈的空间可以是固定的,也可以是动态伸缩的。

当程序申请了大于所允许的本地方法栈空间,那么JVM会抛出StackOverflowError异常;如果程序申请扩展一个可以动态伸缩的本地方法栈,或者试图创建一个栈,但是可用内存不足以满足要求时,JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

在JVM启动时,会创建一个共享于所有线程的堆空间,其中存放着所有的对象,和被分配好空间的数组。用于存放对象的空间由一个自动化的存储空间管理机制,即垃圾回收机制(garbage collector),来进行管理。堆空间可以是固定大小的,也可以是按需伸缩的。

如果程序试图申请扩大堆空间,但是存储管理机制无法满足需求时,JVM会抛出OutOfMemory异常。

在堆中,JVM又根据作用不同,将内存空间分为如下几部分:

新生代(New generation)

新生代保留的是生命周期短,并且很快就会被回收掉的对象。其中的空间又随着“复制算法”这一垃圾回收算法而被分为Eden SpaceSurvivor Space。具体可以参考Java的垃圾回收算法这篇博文。

老年代(Tenured generation)

在多次垃圾回收后仍然存活的对象,将会被放到老年代空间中。因此可以认为,老年代中的对象的生命周期都是比较长的。

方法区

方法区(method area)是一个共享于所有JVM线程的空间,创建于JVM启动时,其中存放着各个类的结构,如运行时常量池、属性、方法,以及方法和特殊方法(special methods)的代码。

方法区的大小可以是固定的,也可以是按需伸缩的,但是根据虚拟机实现的不同,垃圾回收机制可能不会回收或压缩方法区的空间。

如果方法区的可用内存无法满足一次申请空间的请求,那么JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池

运行时常量池对应class文件中的constant_pool

运行时常量池中包含了数值常量和属性的引用。每个运行时常量池的空间都会在类或接口被创建时生成,并且从方法区中分配空间。在创建运行时方法区时,如果申请的空间大于方法区可提供的空间,那么JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

参考文档

《The Java Virtual Machine Specification (Java SE 8 Edition)》 - 2.5 Run-Time Data Areas