下图为JVM内存结构
1. Program Counter Register(程序计数器):
一块较小的内存空间, 作用是当前线程所执行字节码的行号指示器(类似于传统CPU模型中的PC), PC在每次指令执行后自增, 维护下一个将要执行指令的地址. 在JVM模型中, 字节码解释器就是通过改变PC值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖PC完成(仅限于Java方法, Native方法该计数器值为undefined).
不同于OS以进程为单位调度, JVM中的并发是通过线程切换并分配时间片执行来实现的. 在任何一个时刻, 一个处理器内核只会执行一条线程中的指令. 因此, 为了线程切换后能恢复到正确的执行位置, 每条线程都需要有一个独立的程序计数器, 这类内存被称为“线程私有”内存.
2. Java Stack(虚拟机栈)
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型: 每个方法被执行时会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息. 每个方法被调用至返回的过程, 就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程(VM提供了-Xss来指定线程的最大栈空间, 该参数也直接决定了函数调用的最大深度)。对这个区域定义了两种异常状态 OutOfMemoryError StackOverflowError
3. Native Method Stack(本地方法栈)
与虚拟机栈所发挥的作用相似。它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行java方法,而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。
4. Heap(Java堆)
几乎所有对象实例和数组都要在堆上分配(栈上分配、标量替换除外), 因此是VM管理的最大一块内存, 也是垃圾收集器的主要活动区域. 由于现代VM采用分代收集算法, 因此Java堆从GC的角度还可以细分为: 新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代; 而从内存分配的角度来看, 线程共享的Java堆还还可以划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB). 而进一步划分的目的是为了更好地回收内存和更快地分配内存。异常状态 OutOfMemoryError
5. Method Area(方法区)
即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。异常状态 OutOfMemoryError
其中包含常量池:用户存放编译器生成的各种字面量和符号引用。
Java内存模型:
java内存模型的目的:屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。
主要目标:定义程序中各个变量的访问规则,即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。此处的变量与Java变成中所说的变量是有所区别,它包括了实例字段,静态字段和构成数组对象的元素,但不包括局部变量和方法参数。
Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中。每条线程中还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被该线程所使用到的变量(这些变量是从主内存中拷贝而来)。线程对变量的所有操作(读取,赋值)都必须在工作内存中进行。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
关于主内存与工作内存之间具体的交互协议,即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节,Java内存模型中定义了8种操作来完成,并且每种操作都是原子的、不可再分的。
八种操作为:
lock:作用于主内存的变量,把一个变量标识为一条线程独占的状态
unlock:作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来。
read:把一个变量的值从主内存传输到工作内存中,以便随后的load使用。
load:把read操作从主内存中得到的变量值放入到工作内存的变量副本中。
use:把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
assign:把一个从执行引擎中接收到的值赋值给工作内存中的变量,每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。
store:把工作内存中的一个变量的值传递到主内存,以便随后的write使用。
write:把store操作从工作内存中得到的变量值放入到主内存的变量中。