深入理解JAVA虚拟机之内存管理

JAVA内存区域与内存溢出异常

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简单介绍

1.1运行时的数据区域

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    JAVA虚拟机在运行时会将它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，

由上图可以看出其中方法区，堆区是所有线程共享的区域，其他区域为线程隔离区域。

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1.2程序计数器

    程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存区域，它的作用可以看做是当前进程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型中， 字节码解释器工作时，就是通过改变程序计数器来选取下一条要执行的字节码指令。    JAVA虚拟机是的多线程是通过线程轮流切换来分配处理器的时间来实现的，因此在任意一个时刻，一个处理器只会执行一条线程中的指令，为了线程切换能够恢复到正确的执行位置，所以每条线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这里区域为**线程私有**内存    如果现成执行的是一个java方法，那么程序计数器记录的是虚拟机正在执行字节码的位置，但如果是native方法，那么这个计数器为空 undefined，此区域是java虚拟机中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError的情况的区域。

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1.3JAVA虚拟机栈

    与程序计数器一样，java虚拟机栈同样是线程私有的，它的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创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法从执行到完成的过程，就对应着栈帧在虚拟机栈中入栈出栈的过程。

在平时我们所讨论的堆栈中，栈对应的就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。

局部变量表存放着编译期可以知道的各种基本数据类型（boolean，byte，int，long，short，float，double）、对象引用（ reference，一个指向对象起始地址的指针）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

其中64位长度long，double类型的数据占用2个局部变量空间其余数据类型只占用一个，局部变量表所需要的内存空间在编译时期完成分配。

因此当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

在JAVA虚拟机中如果， 线程所请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，那么就会跑出stackoverflowerror异常。如果虚拟机可以动态扩展， 但是当扩展时无法申请到足够的内存时，就会跑出outofmemoryerror异常。

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1.3本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的。
区别：
1. 虚拟机栈为java执行java方法即字节码服务
2. 本地方法栈为虚拟机使用到的native方法服务

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1.4JAVA堆

• 对于大多数应用来说，java堆是虚拟机所管理内存中最大的一块。
• java堆是被线程共享的一块区域，在虚拟机启动的时候创建，此内存区域唯一的作用就是存储对象实例。
• java虚拟机规范，所有对象实例以及数组都要在堆上分配。
• java堆是垃圾收集器主要管理区域，因此也被成为GC堆。
• java堆可以处在物理上不连续的内存空间中

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1.5 方法区

    方法区为线程共享区域，主要存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态常量，即时编译器编译后的代码等数据。    java虚拟机对于方法区除了跟堆一样，不需要连续的内存区域，可以选择固定大小，或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集，因此垃圾收集在此区域是比较少出现的，但并非数据进入此区域就能够永久存储。    这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收，以及对类型的卸载

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1.6运行时常量池

    运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号的引用，这部分内容在类加载后存放到运行时的常量池中。    运行时常量池在运行期间也可能动态添加常量，比如String类的intern()方法

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1.7直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机中规范的内存区域，但是这部分区域经常被使用到，在JDK1.4中引入NIO，引入了一种基于通道缓冲区I/O方式，它可以使用native函数直接分配到堆外内存，然后通过存储在堆中的DirectByteBuffer引用来操作内存。