Java虛擬機器

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Java記憶體地區運行時資料區域

程式計數器(Program Counter Register)

• 較小的記憶體空間，是當前線程執行的位元組碼的行號的指標。位元組碼解譯器通過改變計數器的值來擷取下一條位元組碼指令，分支、迴圈、跳轉、異常處理、線程恢複都靠它完成.
• 每個線程都有自己的一個計數器，線程之間計數器互不影響.
• 執行Native方法時，計數器不起作用，值為空白（Undefined）。
• 此地區是唯一沒有規定OOM的地區.

Java虛擬機器棧 Java Virtual Machine Stack

• 歸屬線程所有，生命週期與歸屬的線程相同。
• 虛擬機器棧描述的是Java方法執行的記憶體模型：
  • 方法執行時會建立棧幀（Stack Frame）儲存局部變數表、運算元棧、動態連結、方法出口等.
  • 方法的調用到執行完成的過程，對應其棧幀從虛擬機器棧中入棧到出棧的過程.
• 局部變數表存放編譯器可知的基礎資料型別 (Elementary Data Type)、對象引用；long、double因為長度為64bit，會佔用兩個Slot，其他則佔用一個，由此可知局部變數表的記憶體空間在編譯期就完成了分配，方法運行時不改變其大小。
• 虛擬機器棧中規定的兩種異常情況：
  • StackOverflowError：線程請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度.
  • OutOfMemoryError：虛擬機器棧動態擴充記憶體時，無法申請到足夠的記憶體.

本地方法棧 Native Method Stack

• 類似於虛擬機器棧，區別是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法服務，而本地方法棧為Native方法工作；Native方法指Java調用的C/C++語言的函數.
• 本地方法棧地區也會拋出StackOverFlowError & OutOfMemoryError異常。

Java堆 Java Heap

• JVM中記憶體最大的一塊，所有線程共用，在虛擬機器啟動時建立。幾乎所有對象執行個體、數組都在這裡誕生。
• Java堆是記憶體回收的主要區域，又稱GC(Garbage Collected Heap)堆。
• 當堆中沒有記憶體配置執行個體，並且無法擴充時，拋出OOM異常。

• Java堆可以處於物理上的不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可。

• 堆空間的記憶體細分：

  • Young Generation：新生代，包含了Eden、S0（FromSurvivor）、S1（ToSurvivor）；由於新生代上的對象存活時間很短暫，所以此區一般採用標記-清理演算法GC.
  • Old Generation：老年代，經過多次GC後仍然存活的對象（每個對象都有一個對象年齡計數器），此地區採用一般採用複製演算法GC；大對象，如數組，直接進入老年代.
  • Permanent：永久代，存放不變對象，類、方法、字串等，見以下方法區。
• 堆記憶體的分代回收：
  1. 大多數剛建立的對象會被分配在Eden區，其中的大多數對象很快就會消亡。Eden區是連續的記憶體空間，因此在其上分配記憶體極快.
  2. 當Eden區滿的時候，執行Minor GC，將消亡的對象清理掉，並將剩餘的對象複製到一個存活區Survivor0（此時，Survivor1是空白的，兩個Survivor總有一個是空白的）.
  3. 此後，每次Eden區滿了，就執行一次Minor GC，並將剩餘的對象都添加到Survivor0.
  4. 當Survivor0也滿的時候，將其中仍然活著的對象直接複製到Survivor1，以後Eden區執行Minor GC後，就將剩餘的對象添加Survivor1（此時，Survivor0是空白的）.
  5. 當兩個存活區切換了幾次（HotSpot虛擬機器預設15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制，大於該值進入老年代）之後，仍然存活的對象（其實只有一小部分，比如，我們自己定義的對象），將被複製到老年代.
  6. 總結：Eden區是連續的空間，且Survivor總有一個為空白；經過一次GC和複製，一個Survivor中儲存著當前還活 著的對象，而Eden區和另一個Survivor區的內容都不再需要了，可以直接清空，到下一次GC時，兩個Survivor的角色再互換。因此，這種方 式分配記憶體和清理記憶體的效率都極高，這種記憶體回收的方式就是著名的“停止-複製（Stop-and-copy）”清理法（將Eden區和一個Survivor中仍然存活的對象拷貝到另一個Survivor中）.

方法區 Method Area

• 所有線程共用，別名No-Heap（非堆）用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的代碼等資料。也叫Permanent Generation（永久代）；之所以名為永久代，是因為HotSpot將GC從堆延伸至了方法區。(對於其他虛擬機器IBM J9等來說是不存在永久代的概念的)
• 與Java堆一樣，是各個線程共用的記憶體地區，它用於儲存 已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的代碼等資料。
• 並非被稱為永久代，其中的資料就永久了，當類型卸載、常量池回收時也會發生GC，但是比較少見。
• 當此區無法分配新記憶體時，拋出OOM異常。

運行時常量池 Runtime Constant Pool

• 屬於方法區的一部分，Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊是常量池(Constant Pool Table)，用於存放編譯期產生的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後進入方法區的運行時常量池中存放。
• 無法申請到記憶體時，拋出OOM異常.

直接記憶體

• 直接記憶體不是JVM運行時的一部分，但是Java可以通過NIO（New Input/Output），引入Channel和Buffer的I/O方式，它可以用native方法申請堆外記憶體，然後通過JVM堆中的DirectByteBuffer對象操作這塊記憶體，此時申請記憶體是通過Unsafe.allocateMemory方法實現的.

對象訪問

• 控制代碼訪問方式：Java堆中分配一塊記憶體作為控制代碼池，reference中儲存物件的控制代碼地址，控制代碼中則包含執行個體資料指標和類型資料指標；此方式的好處在於控制代碼地址穩定，對象變動時，只需修改控制代碼，而reference不需改動.
• 直接指標訪問方式：Java堆對象中存放訪問類型資料資訊，reference直接儲存物件地址；這種做法的好處是速度快，節省了一次指標定位的開銷.

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