每个方法执行时创建栈帧,存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出入口等信息。一个方法调用到完成过程,就是一个栈帧在虚拟机栈中入到到出栈过程。
局部变量表存放编译器可知的基本数据类型、对象引用(reference 类型)和 returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址)
64 位的 long 和 double 类型占用两个局部变量空间 (slot),其余类型只占用一个。局部变量表需要内存空间在编译期间完成分配,进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大局部变量表示确定的,方法运行期间不会改变局部变量表大小。
在栈区域规定了两种异常:
如果线程请求栈深度大于虚拟机允许的深度,抛出 stackoverflowerror 异常
如果虚拟机可以动态扩展(大部分都可以),如果扩展时无法申请到足够内存,抛出 outofmemoryerror 异常
可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。通过 - Xms -Xmx 实现可扩展。如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆无法再扩展时,抛出 oom 异常
和堆一样,各个线程共享,存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。java 虚拟机规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名 Non-heap(非堆),目的应该是和堆区分出来。
方法区和永久代并不等价。只是因为 hotspot 虚拟机设计团队选择将 gc 分代收集扩展至方法区,或者说用永久代实现方法区而已,这样 hotspot 垃圾收集器可以像管理 java 堆一样管理这部分内存,省去专门为方法区编写内存管理的代码。对其他虚拟机(如 bea jrockit)不存在永久代概念。
使用永久代实现方法区并不合适,容易内存溢出,永久代有 - XX:MaxPermSize 的上限,J9 和 JRockit 只要没到进程可用内存上限(如 32 位 4Gb)就不会有问题。而从 jdk1.7 的 hotspot 开始,已经把原本在永久代的字符串常量池移出。
方法区和堆一样不需要连续内存,可以选择固定大小或可扩展,另外还可以选择不实现垃圾回收。无法满足内存分配抛出 oom.
方法区一部分。class 文件中除了有类版本,字段,方法,接口等描述信息外,还有一项信息是常量池(constant pool table),用于存放编译期生成的字面量和符号引用,这部分将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
运行时常量池相对 class 常量池一个特征就是具有动态性,java 并不要求常量只有编译期才能产生,就是并非预置入 class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,比如 String 类的 intern() 方法。
直接内存(Direct Memory)不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是 java 虚拟机规范中定义的内存区域,但这部分内存也可能导致 oom。
jdk1.4 中加入了 nio(new input/output)类,引入了基于通道(channel)与缓冲区(buffer)的 I/O 方法,使用 native 函数库分配堆外内存,通过 java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。在一些场合可以提高性能,因为避免了 java 堆和 native 堆中来回复制数据。
虚拟机遇到一条 new 指令时,首先将去检查这个指令是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过,如果没有,那必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后,虚拟机将为新生对象分配内存,对象所需的内存大小在类加载完成后便可以确定。
java 划分堆的方式:
指针碰撞:如果 java 堆内存规整,用过的内存放一边,空闲的另一边,中间放指针做分界点指示器,那内存分配就只需要向空闲区挪动指针和对象大小相等距离。
空闲列表:不规整,维护一个列表,记录那些内存块可用。
java 堆是否规整由垃圾收集器是否由压缩整理功能决定。使用 Serial,parnew 带 compact 过程的收集器时,采用指针碰撞。使用 cms 这种基于 mark-sweep 算法的收集器,采用空闲列表。
并发情况下移动指针有安全问题:
1. 对分配内存空间动作进行同步处理,使用 cas 配失败重试保证更新原子性。
2. 把内存分配的动作按照线程划分在不同空间中进行,每个线程在 java 堆中分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。哪个线程要分配内存,就在哪个线程的 TLAB 上分配,只有 TLAB 用完并分配新的 TLAB 时,才需要同步锁定。是否使用 TLAB 通过 - XX:+/-UseTLAB 参数来设定。
接下来,虚拟机对对象进行必要的设置,如对象是哪个类实例,如何找到类元数据信息,对象哈希码,对象 GC 分代年龄等信息。这些信息存放在对象头中(Object Header).
上面工作完成后,从虚拟机视角看,一个新对象已经产生,但 java 视角对象创建才开始,
hotspot 虚拟机中,对象分为三块区域:对象头(Header), 实例数据(Instance Data), 对齐填充(Padding)
对象头包括两部分:1. 用于存储对象自身的运行时数据。如哈希码,GC 分代年龄,锁状态标志,线程持有的锁,偏向线程 ID,偏向时间锁等。官方称为 Mark Word
2. 类型指针。即对象指向它的类元数据的指针,虚拟机通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。
对齐填充仅仅占位符作用,用于补齐没有对齐的实例数据部分(对象大小必须 8 字节整数倍)。
句柄:会在堆中划分句柄池,ref 存储对象的句柄池地址,句柄中包括对象实例数据和类型数据的地址。
直接指针:ref 存储的直接就是对象地址。
句柄好处:对象移动(gc)时候只需要改变句柄的实例数据指针,ref 本身不变。
直接指针:访问速度快,节省一次指针定位开销。hotspot 使用这种。
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