Java基础JVM之自动内存管理机制

一，基础背景知识

Java编译器的输出并不是可执行的代码，而是字节码（bytecode）。字节码是一套设计用来在Java运行时系统下执行的高度优化的指令集，该Java运行时系统称为Java虚拟机(JavaVirtual Machine，JVM)。

Java程序设计语言，Java虚拟机，Java API类库这三部分统称为JDK(Java Development Kit),JDK是至此程序开发的最小环境。

Java虚拟机，Java API类库这两部分统称为JRE(Java Runtime Environment),JRE是支持Java程序运行的标准环境。

Java程序员把内存控制的权利交给了Java虚拟机，Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把他所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

二，JVM内存管理机制下的数据区域

2.1    程序计数器

程序计数器：较小的内存空间，他可以看作是当前线程执行的字节码的行号指示器。字节码解释其工作时就是通过改变这个计数器的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。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器都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，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。这类内存区域为“线程私有”内存。

2.2 Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有，生命周期与线程相同。用来描述Java方法执行的内存模型：每个方法执行时会创建 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。每一个方法从调用到执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

2.2.1存储局部变量表

局部变量表里面存放了基本数据类型，对象引用（reference类型，他不等同于对象本身，可能是一个指向对象其实地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄或者其他相关对象的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）

2.2.2异常

StackOverflowError异常：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度

OutOfMemoryError异常：虚拟机可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存

 

2.3本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是相似的。

本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务。

存在StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常

 

2.4Java堆

Java堆被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。几乎所有的对象实例和数据都在堆上分配。

 

2.5 方法区

各个线程共享的内存区域，它用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量 。

 

2.6 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

2.7 直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范定义的内存区域。

他是引用了一种基于通道（Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过 一个存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。