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Java内存区域详解

news 来源：原创 2025/5/17 7:29:06

Java内存区域详解——章节结构

Java 内存模型是 JVM 的重要组成部分，深入理解内存区域的划分和用途是掌握 JVM 调优和诊断问题的关键。我们将通过以下章节逐步学习：

目录
  1. 概述：Java 内存区域与线程的关系
  2. 程序计数器
  3. Java 虚拟机栈
  4. 本地方法栈
  5. 堆（Heap）
  6. 方法区（Method Area）
  7. 运行时常量池
  8. 直接内存
  9. Java 内存区域异常
  10. 现代 JVM 的内存优化与调优

第一章：概述：Java 内存区域与线程的关系

1.1 为什么需要理解 Java 内存区域？

Java 的内存模型定义了线程之间如何共享变量，也决定了线程如何访问和操作内存数据。理解 Java 内存区域有助于：

  • 定位性能瓶颈
  • 优化垃圾回收
  • 解决内存溢出、内存泄漏等问题
1.2 内存区域的划分

Java 虚拟机的内存划分主要依据《Java 虚拟机规范》定义，可分为以下区域：

内存区域线程归属主要功能
程序计数器线程私有记录当前线程执行的字节码指令地址
虚拟机栈线程私有保存方法执行的局部变量、操作数栈、动态链接等
本地方法栈线程私有为本地方法（native 方法）服务
堆（Heap）线程共享存放对象实例及数组，是垃圾回收的主要区域
方法区（元空间）线程共享存放类信息、常量、方法代码、静态变量
运行时常量池线程共享存放编译期生成的常量、运行时动态生成的常量
直接内存线程共享JVM 外的内存区域，用于高性能 I/O 操作
1.3 线程与内存区域的关系
  • 线程私有区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。每个线程独立拥有这些区域，不会出现线程间的数据竞争。
  • 线程共享区域：堆、方法区、直接内存。多个线程可以同时访问，需要通过同步机制避免并发问题。

第二章：程序计数器

程序计数器是 JVM 中最小的内存区域，我们将在这一章探讨其作用与实现。

2.1 定义与功能
  • 定义：程序计数器是当前线程执行的字节码指令的行号指示器。
  • 作用：
    1. 控制程序流的执行。
    2. 支持线程切换（记录线程执行的下一条指令地址）。
2.2 特点
  • 线程私有：每个线程拥有独立的程序计数器，互不影响。
  • 不会出现内存溢出：因为程序计数器占用的内存非常小，且生命周期与线程一致。
2.3 程序计数器的工作原理
  1. 字节码解释执行：JVM 通过程序计数器指示下一条需要执行的字节码指令。
  2. 线程切换：当线程发生上下文切换时，程序计数器会保存线程的执行状态。
2.4 程序计数器的异常处理
  • 正常情况：不会抛出异常，因为其生命周期由 JVM 自动管理。
  • 影响性能：程序计数器过多切换可能导致 CPU 开销增加。

3.2 栈帧结构

每个方法被调用时，都会创建一个栈帧，栈帧由以下几个部分组成：

栈帧结构作用
局部变量表存储基本数据类型变量、对象引用（包括 this 指针）
操作数栈用于方法执行过程中的中间结果，类似一个后进先出的栈
动态链接指向运行时常量池中与当前方法相关的符号引用
返回地址存放方法调用后的返回地址，用于返回调用方法后继续执行代码
3.3 工作流程

3.4 栈的大小与调优

3.5 常见异常

3.6 虚拟机栈与线程的关系

第四章：本地方法栈

本地方法栈类似于虚拟机栈，但它是为调用本地方法（native 方法）而服务的。

4.1 定义与作用

4.2 工作原理

4.3 异常

  • 第三章：Java 虚拟机栈

    Java 虚拟机栈是 JVM 内存模型中的一个重要部分，每个线程在执行方法调用时，都会在虚拟机栈中分配独立的栈帧，存储局部变量、操作数和其他方法执行所需信息。

    3.1 定义与作用
  • 定义：Java 虚拟机栈是线程私有的内存区域，用于存储方法调用的相关信息。
  • 作用：为方法的执行提供内存支持，包括：
    1. 局部变量表：存储方法内的局部变量。
    2. 操作数栈：存储计算过程中产生的中间结果。
    3. 动态链接：存储方法执行时的引用地址。
    4. 方法返回地址：保存方法调用后的返回地址。
  • 方法调用：
    • JVM 在虚拟机栈中为每个方法分配一个栈帧。
    • 栈帧被压入栈顶，开始执行方法逻辑。
  • 方法执行：
    • 操作数栈与局部变量表共同参与计算和变量存储。
  • 方法返回：
    • 方法返回时，栈帧从栈顶弹出，释放内存。
    • 返回值保存在调用者栈帧的操作数栈中。
  • 设置栈的大小：
    • 通过 JVM 参数 -Xss 设置每个线程栈的大小。例如：-Xss1m。
    • 栈的大小决定了可以嵌套的方法调用深度。
  • 调优建议：
    • 如果方法调用过深，可能导致栈溢出（StackOverflowError）。
    • 调整栈大小时需考虑系统内存，避免栈占用过多导致内存不足。
  • StackOverflowError：
    • 当方法调用层次过深，栈帧超过虚拟机栈的最大深度时抛出。
    • 示例： 
       
      java
       
      复制编辑
       
      public class StackOverflowExample { public static void recursiveCall() { recursiveCall(); } public static void main(String[] args) { recursiveCall(); } } 
       
     
  • OutOfMemoryError: Unable to create new native thread： 
    • 当线程数量过多，系统内存不足以为新线程分配虚拟机栈时抛出。
     
  • 每个线程在创建时都会分配一个独立的虚拟机栈。
  • 多线程程序可能因栈过大而占用大量内存，影响性能。
  • 定义：本地方法栈用于支持 JVM 调用本地方法（由 C、C++ 等语言编写的方法）。
  • 作用： 
    1. 为本地方法调用提供运行时环境。
    2. 管理与操作本地内存。
     
  • JVM 调用本地方法时，本地方法栈负责存储调用的参数及返回值。
  • 本地方法通过 JNI（Java Native Interface）接口与底层操作系统交互。
  • StackOverflowError： 
    • 本地方法调用过深导致栈溢出。
     
  • OutOfMemoryError： 
    • 本地方法栈空间不足时抛出。
     














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2025/5/13 17:43:38



















C语言连接Mysql




目录 C语言连接Mysql下载 mysql 开发库 方法介绍mysql_init()mysql_real_connect()mysql_query()mysql_store_result()mysql_num_fields()mysql_fetch_fields()mysql_fetch_row()mysql_free_result()mysql_close() 完整代码 C语言连接Mysql 
下载 mysql 开发库 
方法一&#xf…...






编程日记
2025/5/14 18:51:16



















2023CISCN初赛unzip




2023CISCN初赛unzip 随便上传一个文件&#xff0c;会自动跳转到uplaod.php目录下,源码如下&#xff1a; 
<?php
error_reporting(0);
highlight_file(__FILE__);$finfo  finfo_open(FILEINFO_MIME_TYPE);
if (finfo_file($finfo, $_FILES["file"]["tmp_name…...






编程日记
2025/5/15 10:58:16



















Elasticsearch的索引生命周期管理




目录 零、参考一、ILM的基本概念二、ILM的实践步骤Elasticsearch ILM策略中的“最小年龄”是如何计算的&#xff1f;如何监控和调整Elasticsearch ILM策略的性能&#xff1f; 1. **监控性能**使用/_cat/thread_pool API基本请求格式请求特定线程池的信息响应内容 2. **调整ILM策…...






编程日记
2025/5/16 21:51:11