JVM学习笔记(二):Java堆、Java栈、方法区

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一、Java堆

Java堆是和Java应用程序关系最为密切的内存空间,几乎所有的对象都存放在堆中。并且Java堆是完全自动化管理的,通过垃圾回收机制,垃圾对象会被自动清理,而不需要显式地释放。

根据垃圾回收机制的不同,Java堆有可能拥有不同的结构。最为常见的一种构成是将整个Java堆分为新生代和老年代。其中,新生代存放新生对象或者年龄不大的对象,老年代则存放老年对象。

新生代有可能分为eden区、s0区、s1区,s0和s1也被称为from和to区域,他们是两块大小相等、可以互换角色的内存空间。

JVM-Java-heap

在绝大多数的情况下,对象首先分配在eden区,在一次新生代回收后,如果对象还存活,则会进入s0或者s1,之后,每经过一次新生代回收,对象如果存活,它的年龄就会加一。当对象的年龄达到一定条件后,就会被认为是老年对象,从而进入老年代。

二、Java栈

Java栈是一块线程私有的内存空间。如果说,Java堆和程序数据密切相关,那么Java栈就是和线程执行密切相关的。线程执行的基本行为是函数调用,每次函数调用的数据都是通过Java栈传递的。

Java栈与数据结构上的栈有着类似的含义,它是一块先进后出的数据结构,只支持出栈和入栈两种操作。在Java栈中保存的主要内容为栈帧。每一个函数调用,都会有一个对应的栈帧被压入Java栈,每一个函数调用结束,都会有一个栈帧被弹出Java栈。

在一个栈帧中,至少要包含局部变量表、操作数栈和帧数据区几个部分。

JVM-Java-stack

由于每次函数调用都会生成对应的栈帧,从而占用一定的栈空间,因此,如果栈空间不足,那么函数调用自然无法继续进行下去。当请求的栈深度大于最大可用栈深度时,系统就会抛出StackOverflowError栈溢出错误。

Java虚拟机提供了参数 -Xss 来指定线程的最大栈空间,这个参数也直接决定了函数调用的最大深度。

1. 局部变量表

它用于保存函数的参数以及局部变量。局部变量表中的变量只在当前函数调用中有效,当函数调用结束后,随着函数栈帧的销毁,局部变量表也随之销毁。由于局部变量表在栈帧中,因此,如果函数的参数和局部变量较多,会使得局部变量表膨胀,从而每次函数调用就会占用更多的栈空间,最终导致函数的嵌套调用次数减少。

2. 操作数栈

它主要用户保存计算过程的中间结果,同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

3. 帧数据区

Java栈帧需要一些数据来支持常量池的解析、正常方法返回和异常处理等。大部分Java字节码指令需要进行常量池的访问,在帧数据区中保存着访问常量池的指针,方便程序访问常量池。此外,当函数返回或者出现异常时,虚拟机必须恢复调用者函数的栈帧,并让调用者函数继续执行下去。对于异常处理,虚拟机必须有一个异常处理表,方便在发生异常的时候找到处理异常的代码,因此异常处理表也是帧数据区中重要的一部分。

4. 栈上分配

栈上分配是Java虚拟机提供的一项优化技术,它的基本思想是,对于那些线程私有的对象(这里指不可能被其他线程访问的对象),可以将它们打散分配在栈上,而不是分配在堆上。分配在栈上的好处是可以在函数调用结束后自行销毁,而不需要垃圾回收器的介入,从而提高系统的性能。

三、方法区

和Java堆一样,方法区是一块所有线程共享的内存区域。它用户保存系统的类信息,比如类的字段、方法、常量池等。方法区的大小决定了系统可以保存多少个类,如果系统定义了太多的类,导致方法区溢出,虚拟机同样会抛出内存溢出错误。

在JDK 1.6和JDK 1.7中,方法区可以理解为永久区(Perm)。永久区可以使用参数 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 指定,默认情况下,-XX:MaxPermSize为64MB。

四、Java堆、Java栈、方法区的关系

JVM-Java-heap-stack-method

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