陈公子的博客

java内存结构和内存模型

java内存结构和内存模型

java内存结构

java内存结构大致分为以下几个区域

PC寄存器/程序计数器:

严格来说是一个数据结构,用于保存当前正在执行的程序的内存地址,由于Java是支持多线程执行的,所以程序执行的轨迹不可能一直都是线性执行。当有多个线程交叉执行时,被中断的线程的程序当前执行到哪条内存地址必然要保存下来,以便用于被中断的线程恢复执行时再按照被中断时的指令地址继续执行下去。 为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每个线程都需要有一个独立的程序计数器,各个线程之间计数器互不影响,独立存储,我们称这类内存区域为“线程私有”的内存,这在某种程度上有点类似于“ThreadLocal”,是线程安全的。

Java栈 Java Stack:

java栈总是与线程关联在一起的,每当创建一个线程,JVM就会为该线程创建对应的Java栈,在这个Java栈中又会包含多个栈帧(Stack Frame),这些栈帧是与每个方法关联起来的,每运行一个方法就创建一个栈帧,每个栈帧会含有一些局部变量、操作栈和方法返回值等信息。每当一个方法执行完成时,该栈帧就会弹出栈帧的元素作为这个方法的返回值,并且清除这个栈帧,Java栈的栈顶的栈帧就是当前正在执行的活动栈,也就是当前正在执行的方法,PC寄存器也会指向该地址。只有这个活动的栈帧的本地变量可以被操作栈使用,当在这个栈帧中调用另外一个方法时,与之对应的一个新的栈帧被创建,这个新创建的栈帧被放到Java栈的栈顶,变为当前的活动栈。同样现在只有这个栈的本地变量才能被使用,当这个栈帧中所有指令都完成时,这个栈帧被移除Java栈,刚才的那个栈帧变为活动栈帧,前面栈帧的返回值变为这个栈帧的操作栈的一个操作数。

由于Java栈是与线程对应起来的,Java栈数据不是线程共有的,所以不需要关心其数据一致性,也不会存在同步锁的问题。

在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机可以动态扩展,如果扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常。

堆Heap

堆是JVM所管理的内存中最大的一块,是被所有Java线程锁共享的,不是线程安全的,在JVM启动时创建。 堆是存储Java对象的地方,这一点Java虚拟机规范中描述是:所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。Java堆是GC管理的主要区域,从内存回收的角度来看,由于现在GC基本都采用分代收集算法,所以Java堆还可以细分为:新生代和老年代;新生代再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

方法区Method Area:

方法区存放了要加载的类的信息(名称、修饰符等)、类中的静态常量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息,当在程序中通过Class对象的getName.isInterface等方法来获取信息时,这些数据都来源于方法区。方法区是被Java线程锁共享的,不像Java堆中其他部分一样会频繁被GC回收,它存储的信息相对比较稳定,在一定条件下会被GC,当方法区要使用的内存超过其允许的大小时,会抛出OutOfMemory的错误信息。方法区也是堆中的一部分,就是我们通常所说的Java堆中的永久区 Permanet Generation,大小可以通过参数来设置,可以通过-XX:PermSize指定初始值,-XX:MaxPermSize指定最大值。

常量池Constant Pool:

常量池本身是方法区中的一个数据结构。常量池中存储了如字符串、final变量值、类名和方法名常量。常量池在编译期间就被确定,并保存在已编译的.class文件中。一般分为两类:字面量和应用量。字面量就是字符串、final变量等。类名和方法名属于引用量。引用量最常见的是在调用方法的时候,根据方法名找到方法的引用,并以此定为到函数体进行函数代码的执行。引用量包含:类和接口的权限定名、字段的名称和描述符,方法的名称和描述符。

本地方法栈Native Method Stack:

本地方法栈和Java栈所发挥的作用非常相似,区别不过是Java栈为JVM执行Java方法服务,而本地方法栈为JVM执行Native方法服务。

java内存模型 jmm

JMM规定了所有的变量都存储在主内存(Main Memory)中。每个线程还有自己的工作内存(Working Memory),线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存的副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量(volatile变量仍然有工作内存的拷贝,但是由于它特殊的操作顺序性规定,所以看起来如同直接在主内存中读写访问一般)。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程之间值的传递都需要通过主内存来完成。
工作内存线程独享,主内存线程共享。

陈勋 wechat
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