程序计数器
程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
通俗地讲,线程执行的任务在计算机语言中,被当做是一条条的指令。线程需要一个计数器来帮助它标记执行了什么指令,以及选取下一条指令。
每条线程被CPU执行之后,需要切换下一条,为了使线程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,各线程之间的计数器互不影响,独立存储。
这一块内存区域为“线程私有”的内存。
Java 虚拟机栈
Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,生命周期与线程相同,因为它描述的是Java方法执行的内存模型。
Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame,方法运行时的基础数据结构)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
每个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
在Java虚拟机的规范中,对这个区域规定了两种异常情况:
- StackOverflowError 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出 StackOverflowError异常
- OutOfMemoryError 如果虚拟机栈在扩展的时无法申请到足够的内存,就会抛出 OutOfMemoryError异常
本地方法栈
本地方法栈(Native Mrthod Stack)与虚拟机栈发挥的作用非常相似,他们之间的区别:
- 虚拟机栈为虚拟机执行java方法(也就是字节码)服务
- 本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务
与虚拟机一样,本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemeoryError 异常。
Java 堆
Java 堆(Java Heap)是Java虚拟机锁管理的内存中最大的一块,Java堆是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。
Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续即可。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的(通过-Xmx 和 -Xms 控制)。如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出 OutOfMemoryError 异常。
此外,Java 堆是垃圾收集器器管理的主要区域。
方法区
方法区(Method Area)与 Java 堆 一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编辑器编译后的代码等数据。
方法区是堆的一个逻辑部分,但是它与java堆又是不同的,所以它有了一个别名——非堆(Non-Heap)。
方法区中的内存一般不会被 GC 回收,GC 也难回收,所以被取名为“永久代”,意思是永久存在。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类的卸载。但是“永久代”中的数据并非真的永久存在,只是回收比较麻烦。
根据 Java 虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出 OutOfMemoryError 异常。
小结
线程共享区域:
- Java 堆
- 方法区
线程私有区域:
- 程序计数器
- Java 虚拟机栈
- 本地方法栈
可能抛出 OutOfMemoryError 异常:
- Java 虚拟机栈
- 本地方法栈
- Java 堆
- 方法区
可能抛出 StackOverflowError 异常:
- Java 虚拟机栈