Java虛擬機器：記憶體模型詳解

我們都知道， 當虛擬機器執行Java代碼的時候， 首先要把位元組碼檔載入到記憶體， 那麼這些類的資訊都存放在記憶體中的哪個區域呢？當我們創建一個物件實例的時候， 虛擬機器要為物件分配記憶體， Java虛擬機器又是如何配分記憶體的呢？這些都涉及到Java虛擬機器的記憶體劃分機制， 今天我們就來探究一下Java虛擬機器的記憶體模型。

Java虛擬機器在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域， 這些區域都有各自的用途以及創建和銷毀的時間， 有的區域隨著虛擬機器進程的啟動而存在，

有些區域則依賴使用者執行緒的啟動和結束而建立和銷毀。 根據Java虛擬機器規範的規定， Java虛擬機器所管理的記憶體包括以下幾個資料區域。 如下圖所示：

以上就是Java虛擬機器運行時資料區域的劃分， 每一塊記憶體區域都有它的職責，

存放著不同的運行時資料。

虛擬機器棧

Java虛擬機器棧是執行緒私有的， 每一個執行緒在這個區域都有一塊所屬的記憶體區域， 它的生命週期與執行緒相同， 隨執行緒啟動而生， 隨執行緒消亡而滅。 虛擬機器棧描述的是Java方法執行的記憶體模型， 每一個執行緒都對應著虛擬機器棧區域裡的一個棧資料結構， 由於一個執行緒的方法調用鏈可能會很長， 每一個方法在執行時都會創建一個棧幀， 棧幀就是執行緒對應的棧資料結構的棧元素， 棧幀用於存儲區域變數表、運算元棧、動態連結等資訊。 區域變數表存放了方法參數和方法內部定義的區域變數， 包括各種基底資料型別和物件參考類型等資訊。 經常聽到有的程式猿粗糙的把虛擬機器記憶體劃分為堆記憶體和棧記憶體，

這種劃分只能說明大多數程式猿比較關注的、與物件記憶體分配關係最密切的是這兩塊記憶體區域， 其中的“棧記憶體”就是這裡所說的虛擬機器棧， 而虛擬機器棧裡我們程式猿最為關注的就是區域變數表部分。

本地方法棧

本地方法棧也是執行緒私有的， 它與虛擬機器棧發揮的作用相似， 它們之間的區別不過是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法服務， 而本地方法棧則為虛擬機器使用到的Native方法（本地方法）服務。 在Java虛擬機器規範中並沒有對本地方法棧的實現做強制規定， 有的虛擬機器甚至直接把虛擬機器棧和本地方法棧合二為一。

堆

Java堆是所有執行緒所共用的一塊記憶體區域， 也是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊。 這塊記憶體的唯一目的就是存放物件實例， 幾乎所有的物件實例都在這裡分配記憶體。 Java堆是垃圾收集器管理的主要區域， 從記憶體回收的角度看， 由於現在收集器基本都採用分代收集演算法， 所以Java堆還可以細分為新生代和老年代。 新生代還可以再細分為Eden區域、FromSurvivor區域和ToSurvivor區域。 無論怎麼劃分， 都與存放的內容無關， 存儲的任然都是物件實例。 進一步劃分的目的是為了更好的回收或者更快的分配記憶體。

方法區

方法區與Java堆一樣， 是執行緒共用的記憶體區域， 它用於存儲已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、編譯器編譯後的代碼等資料。

方法區是一個邏輯區， 具體屬於哪一塊實體記憶體根據不同的虛擬機器實現而定。 在HotSpot的實現中， 方法區邏輯上與堆記憶體隔離， 物理存儲上卻是是屬於Java堆的一部分。 很多人把方法區稱為“永久代”， 其實是HotSpot使用永久代來實現方法區而已。 其他的虛擬機器實現並沒有永久代這一概念。 Java虛擬機器規範對方法區的限制非常寬鬆， 除了和Java堆一樣不需要連續的記憶體和可以選擇固定大小或者可擴展外， 還可以選擇不實現垃圾回收。 一般來說不會在方法區進行垃圾回收， 在這一區域進行回收的效果很難讓人滿意。 當方法區無法滿足記憶體分配需求時會拋出記憶體溢出異常。

運行時常量池是方法區的一部分， 用於存放編譯期間生成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儲。

程式計數器

程式計數器是一塊很小的記憶體空間，它也是執行緒私有的。它可以看作是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器，通過改變這個計數器的值來選取下一行需要執行的位元組碼指令。由於Java虛擬機器的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器內核只會執行一條執行緒中的指令，因此，為了執行緒切換後能夠恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間互不影響，獨立存儲。

以上就是Java虛擬機器的記憶體模型劃分，這是我們程式猿必須掌握的原理，弄清Java虛擬機器的記憶體模型，是理解虛擬機器記憶體分配和垃圾回收的基礎，以此作為總結。

用於存放編譯期間生成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儲。

程式計數器

程式計數器是一塊很小的記憶體空間，它也是執行緒私有的。它可以看作是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器，通過改變這個計數器的值來選取下一行需要執行的位元組碼指令。由於Java虛擬機器的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器內核只會執行一條執行緒中的指令，因此，為了執行緒切換後能夠恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間互不影響，獨立存儲。

以上就是Java虛擬機器的記憶體模型劃分，這是我們程式猿必須掌握的原理，弄清Java虛擬機器的記憶體模型，是理解虛擬機器記憶體分配和垃圾回收的基礎，以此作為總結。