JVM運行時的數(shù)據(jù)區(qū)

月影曉風 2015-09-28

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理解JVM運行時的數(shù)據(jù)區(qū)是Java編程中的進階部分。我們在開發(fā)中都遇到過一個很頭疼的問題就是OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出錯誤），但是如果我們了解JVM的內(nèi)部實現(xiàn)和其運行時的數(shù)據(jù)區(qū)的工作機制，那么前面的問題就會迎刃而解。在這片文章中，我們將簡單了解JVM中有哪些運行時數(shù)據(jù)區(qū)以及這些數(shù)據(jù)區(qū)的工作機制。

JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)分類

程序計數(shù)器 (Program Counter (PC) Register)
JVM棧 (Java Virtual Machine Stacks)
堆內(nèi)存 (Heap Memory)
方法區(qū) (Method Area)
運行時常量池 (Run-time Constant Pool)
本地方法棧 (Native Method Stacks)

有圖才能說

jvm runtime data areas

按線程持有劃分

查看上面的圖，可以得知以上六個數(shù)據(jù)區(qū)其實線程私有還是共享，可以分為如下兩種。

單個線程私有(Managed Per-Thread) 屬于這一種的數(shù)據(jù)區(qū)包含程序計數(shù)器， JVM棧還有本地方法棧。每個線程都私有這三個數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)區(qū)在其所屬的線程創(chuàng)建時初始化，并隨著所屬線程結束被銷毀。
多個線程共享 屬于這一種的數(shù)據(jù)區(qū)包含堆內(nèi)存，方法區(qū)和運行時常量池。這些數(shù)據(jù)區(qū)可以被每一個線程訪問，他們隨著JVM啟動而初始化，同時伴隨JVM關閉而銷毀。

程序計數(shù)器

在通用的計算機體系中，程序計數(shù)器用來記錄當前正在執(zhí)行的指令，在JVM中也是如此。程序計數(shù)器是線程私有，所以當一個新的線程創(chuàng)建時，程序計數(shù)器也會創(chuàng)建。由于Java是支持多線程，Java中的程序計數(shù)器用來記錄當前線程中正在執(zhí)行的指令。如果當前正在執(zhí)行的方法是本地方法，那么此刻程序計數(shù)器的值為undefined。注意這個區(qū)域是唯一一個不拋出OutOfMemoryError的運行時數(shù)據(jù)區(qū)。

JVM棧

在介紹JVM棧之前，簡單介紹一個概念，棧幀

棧幀

一個棧幀隨著一個方法的調(diào)用開始而創(chuàng)建，這個方法調(diào)用完成而銷毀。棧幀內(nèi)存放者方法中的局部變量，操作數(shù)棧等數(shù)據(jù)。

JVM棧只對棧幀進行存儲，壓棧和出棧操作。棧內(nèi)存的大小可以有兩種設置，固定值和根據(jù)線程需要動態(tài)增長。在JVM棧這個數(shù)據(jù)區(qū)可能會發(fā)生拋出兩種錯誤。

StackOverflowError 出現(xiàn)在棧內(nèi)存設置成固定值的時候，當程序執(zhí)行需要的棧內(nèi)存超過設定的固定值會拋出這個錯誤。
OutOfMemoryError 出現(xiàn)在棧內(nèi)存設置成動態(tài)增長的時候，當JVM嘗試申請的內(nèi)存大小超過了其可用內(nèi)存時會拋出這個錯誤。

堆數(shù)據(jù)區(qū)

堆數(shù)據(jù)區(qū)是用來存放對象和數(shù)組（特殊的對象）。堆內(nèi)存由多個線程共享。堆內(nèi)存隨著JVM啟動而創(chuàng)建。眾所周知，Java中有一個很好的特性就是自動垃圾回收。垃圾回收就操作這個數(shù)據(jù)區(qū)來回收對象進而釋放內(nèi)存。如果堆內(nèi)存剩余的內(nèi)存不足以滿足于對象創(chuàng)建，JVM會拋出OutOfMemoryError錯誤。

方法區(qū)

在JVM規(guī)范中，方法區(qū)被視為堆內(nèi)存的一個邏輯部分。這一點可能由于具體的JVM實現(xiàn)而不同，甚至在方法區(qū)不實現(xiàn)垃圾回收處理也是可以的。方法區(qū)和堆內(nèi)存一樣被多個線程訪問，方法區(qū)中存放類的信息，比如類加載器引用，屬性，方法代碼和構造方法和常量等。當方法區(qū)的可用內(nèi)存無法滿足內(nèi)存分配需求時，JVM會拋出OutOfMemoryError錯誤。

運行時常量池

運行時常量池創(chuàng)建在方法區(qū)，當一個類或者一個接口被創(chuàng)建的時候，JVM會創(chuàng)建一個運行時常量池。一個運行時常量池實際上是一個類或者接口的class文件中常量池表（constant_pool table）的運行時展示形式。一個運行時常量池包含了多種類型的常量，從諸如運行時可以確定的數(shù)值型字面量到運行時才能決定的方法和屬性引用。當運行時常量池無法滿足于內(nèi)存分配需求時，JVM會拋出OutOfMemoryError錯誤。

本地方法棧

一個支持native方法調(diào)用的JVM實現(xiàn)，需要有這樣一個數(shù)據(jù)區(qū)，就是本地方法棧，Java官方對于本地方法的定義為methods written in a language other than the Java programming language，就是使用非Java語言實現(xiàn)的方法，但是通常我們指的一般為C或者C++，因此這個棧也有著C棧這一稱號。一個不支持本地方法執(zhí)行的JVM沒有必要實現(xiàn)這個數(shù)據(jù)區(qū)域。本地方法棧基本和JVM棧一樣，其大小也是可以設置為固定值或者動態(tài)增加，因此也會對應拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError錯誤。