运行时数据区
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运行时数据区
运行时数据区是指在运行程序时存储数据的内存区域。分为程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆和方法区五个部分。
- 线程私有：
- 程序计数器 - 存储线程执行位置
- 虚拟机栈 - 存储Java方法调用与执行过程的数据
- 本地方法栈 - 存储本地方法的执行数据
- 线程共享：
- 堆 - 主要存储对象
- 方法区 - 存储类/方法/字段等定义(元)数据
- 运行时常量区 - 保存常量static数据
程序计数器
程序计数器是线程私有的，用于记录当前程序执行的字节码指定位置。
知识点：
- 线程私有
- 不会被垃圾回收
- 访问速度最快（JVM内存区域中）
- 占用内存少，不会出现
OutOfMemoryError - 执行Java方法时，记录的是字节码指令地址
- 执行Native方法时，记录为未定义（
undefined）
思考以下问题，加强理解：
- 程序计数器如何保证线程能够准确地恢复到之前的执行位置？
- 字节码执行与程序计数器的关系？
虚拟机栈
虚拟机栈是线程私有的内存区域，其生命周期与线程相同。 它描述了方法执行的内存模型。当方法被执行时，JVM会为该方法同步创建一个栈帧（Stack Frame）。
知识点：
- 线程私有
- 不会被垃圾回收
- 访问速度仅次于程序计数器
- 栈大小可设置，限制深度：
- 推荐固定大小设置（
-Xss 数值[k|m|g]），达到上限，抛出StackOverflowError - 动态扩展，可用内存不足时，抛出
OutOfMemoryError
- 推荐固定大小设置（
栈帧的内部结构：
- 局部变量表： 用于存储方法中的局部变量和参数。
- 操作数栈： 后进先出（LIFO）结构，用于方法执行时存储执行指令产生中间结果。
- 动态链接： 指在方法调用时，将符号引用转换为直接引用的过程。
- 方法返回地址： 指方法调用后返回位置的地址。
本地方法栈
本地方法栈是线程私有，与虚拟机栈功能相似。其中虚拟机栈为Java方法（字节码）服务，本地方法栈则为Native方法服务。
- HotSpot虚拟机把虚拟机栈和本地方法栈合二为一。
- 与虚拟机栈一样，本地方法栈也会在栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出
StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
Java堆
Java堆是虚拟机管理的内存中最大的一块，线程共享，并在虚拟机启动时创建。 它的唯一目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在堆上分配。
堆内存模型：
现代垃圾收集器采用分代收集理论进行设计，因此堆内存被划分为多个区域，包括：
- 新生代：
- 存放生命周期较短的对象
- 通常由Eden区和两个Survivor区(被称为from/to或s0/s1)组成，默认比例是
8:1:1 - 填满时触发
Minor GC（小型垃圾回收） - 采用复制算法，将存活的对象复制到Survivor区，然后清理Eden区和使用过的Survivor区。
- 老年代：
- 存放生命周期较长，或多次垃圾收集后任然存活的对象
- 填满时触发
Major GC或Full GC，耗时严重 - 使用的垃圾收集算法通常是标记-清除算法或标记-整理算法。
- 永久代（PermGen）：
- 存放Class元数据，包括类结构、方法、字段信息等
- 属于“堆”的一部分，无法扩展时会抛出
OutOfMemoryError异常 - 通过命令
-Xms设置初始堆大小，-Xmx设定最大堆大小 - 从JDK8开始，被元空间（Metaspace）取代，称为“非堆”，使用的是本地内存
DigitalOcean——Java （JVM） 内存模型 - Java 中的内存管理
方法区
方法区是JVM规范中的一个逻辑区域，用于存储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。
- 在Java7的时候，方法区被称为“永久代（PermGen）”。
- 从Java8开始，方法区的实现被改为元空间（Metaspace），元空间使用的是本地内存，而不是像永久代那样在JVM的堆内存中分配。
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与符号引用，支持在运行时动态添加新的常量。
- 字面量： 表示固定的数据值，如整数、浮点数、字符串等常量。
- 符号引用： 一组符号，用于描述所引用的目标，包括类和接口的全限定名、字段和方法的名称。
知识点：
- 具备动态性，如
String.intern()方法将字符串对象添加到运行时常量池中。 - 会产生
OutOfMemoryError异常
思考以下问题，加强理解：
- Class常量池与运行时常量池的关系？
直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也未在《Java虚拟机规范》中明确定义。 然而，由于其频繁使用且可能导致OutOfMemoryError异常，值得在此进行讨论。
关键点：
- NIO的引入： JDK 1.4引入了NIO（New Input/Output）类，通过通道（Channel）和缓冲区（Buffer）实现了一种新的I/O方式。它使用本地（Native）函数库直接分配堆外内存，并通过在Java堆中的
DirectByteBuffer对象进行引用和操作。 - 性能优势： 这种方法能够显著提高性能，因为它避免了在Java堆和本地堆之间的数据复制，从而加快了I/O操作。
- 内存限制： 虽然直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但仍受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或分页文件）大小和处理器寻址空间的限制。
- 配置问题： 在配置虚拟机参数（如
-Xmx）时，管理员通常会根据实际物理内存来设置Java堆的大小，但可能忽略直接内存的占用。如果各个内存区域的总和超过了物理内存限制，可能在动态扩展时导致OutOfMemoryError异常。