jvm读书记录1-Java虚拟机运行时数据区域

Java虚拟机运行时的内存数据区域可分为：

1. 方法区
2. 堆
3. 虚拟机栈
4. 本地方法栈
5. 程序计数器

其中堆和方法区由线程共享；虚拟机栈、本地方法区、程序计数器线程隔离的，即每个线程都有。

下面简单描述下上述的各个分区的职责和功能

一、程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，在java虚拟机的概念模型里面，字节码解释器工作时，通过改变这个计数器来选去下一个要执行的字节码指令，他是程序控制流的指示器；包括：分支、循环、异常处理、线程恢复。

java虚拟机的多线程时通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的。因此，为了线程切断后能恢复到正确的执行位置，每天线程都需要一个独立的程序计数器。

二、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈时线程私有的，他的生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是java方法执行的线程内存模型：

每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈道出栈的过程。

局部变量表

局部变量表存放了编译器可知的各种java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，他并不等同于对象本身，可能是一个指向对象其实地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄会在与此对象相关的位置）。

这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽来表示，局部变量表在内存空间编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的空间时完全确定的，在方法运行期间不会改变大小。这里的大小指的是变量槽的数据，实际大小和虚拟机真正使用多大的空间有关系；例如一个变量槽占用多少bit。

在这个内存区域有两类异常

• StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度
• outofmemoryerror：java虚拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存

HotSpot虚拟机的栈容量时不可扩展的，classic可以。所以在hotspot虚拟机上时不会出现oom异常的，只要线程申请栈空间成功就不会oom（会StackOverflowError），如果申请失败则会时oom；

三、本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈发挥的作用非常相似，区别就是虚拟机栈位虚拟机执行java方法服务，而本地方法方法栈则为虚拟机使用到的本地方法服务。本地方法栈也会抛出StackOverflowError和oom异常。

四、Java 堆

Java堆事所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里面“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。

Java堆事垃圾收集器管理的内存区域，从内存回收的角度看，现代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理论设计的（例如：新生代、老年代；eden空间、from survivor空间、tosurvivor空间），但是也有不分代设计的垃圾收集器。

如果从分配内存的角度看，所有的线程共享的java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB），以提升对象分配时的效率。

五、方法区

方法区与堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

方法区与永久代

在hotspot虚拟机上，有的人把方法区称呼为永久代。这个其实是因为当时hotspot虚拟机当时选择把收集器的分代设计扩展至方法区，好省掉为方法区单独编写垃圾收集的工作。到了jdk 7 的hotspot已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量移出，到了jdk8 已经完全废弃了永久代。

方法区的垃圾收集目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载，方法区也会出现oom的异常。

六、直接内存（堆外内存）

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分。这部分内存的使用例子可以参考spark的内存管理里面的对外堆外内存。

在使用jvm堆内内存的时候，虽然spark做了逻辑上的内存管理《统一内存管理模型》，但是在标记对象释放，其实还是依赖的jvm，jvm如果释放不及时的话，就可能出现oom。同时可以避免频繁的GC，减少了不必要的内存开销。

为了更好的管理内存，spark增加了对堆外内存的设置，由spark自己管理，提升了处理性能。

参考：

《深入理解Java虚拟机》周志明

https://blog.csdn.net/pre_tender/article/details/101517789