javasparksession运行时属性_Java运行时数据区域介绍

前言

相信学习过C/C&＃43;&＃43;的朋友们肯定对指针这个概念印象深刻&＃xff0c;有了指针&＃xff0c;我们就可以随意操作分配给程序的这一块内存&＃xff0c;此时此刻内存就是恕瑞玛&＃xff0c;程序员就是黄鸡&＃xff0c;可以主宰内存里的一切。

但与此同时&＃xff0c;权力的代价就是我们需要花费更多的精力在内存管理上&＃xff0c;规定某些变量何时生何时死。很明显&＃xff0c;这大大增加了一个大型的C/C&＃43;&＃43;系统中程序员的工作量。

在Java中&＃xff0c;指针这个概念被删除了&＃xff0c;和它有着类似作用的是一个叫做引用的东西&＃xff0c;同时引入了Java虚拟机&＃xff08;Java Virtual Machine&＃xff09;&＃xff0c;这可是个好东西&＃xff0c;有了JVM后&＃xff0c;程序员不用在内存管理上再亲历亲为了&＃xff0c;内存泄露和溢出的问题也减少了很多&＃xff08;计算机永远不会错&＃xff01;&＃xff09;

但是问题的减少不代表问题就此消失&＃xff0c;如果不了解JVM的话可能无法很好的排查错误&＃xff0c;所以用这一篇文章来介绍一下JVM内存中的各个区域

下面会一个个介绍这些区域的作用

程序计数器 PCR

程序计数器其实就是字节码解释器工作时使用的一个标志&＃xff0c;它标志了当前进行到哪个行号了&＃xff0c;是程序控制流的指示器。在Java多线程开发的时候&＃xff0c;每个线程都分配了一块内存&＃xff0c;不同线程之间来回切换&＃xff0c;为了从A线程切换到B线程再切换回A线程时可以定位到之前执行的位置&＃xff0c;每个线程都被分配了一个PCR。这个内存区域不会有任何OutOfMemoryError的情况。

如果线程执行一个Java方法&＃xff0c;那么PCR记录的时虚拟机字节码的地址&＃xff0c;如果是本地方法&＃xff0c;那么计数器的值为Undefined

Java 虚拟机栈 VM Stack

Java虚拟机栈也是线程私有的&＃xff0c;它描述的是Java方法执行的线程内存模型&＃xff0c;在我们使用.run方法的时候&＃xff0c;不同线程之间都有自己的一个栈帧用来存储局部变量表&＃xff0c;操作数栈&＃xff0c;动态连接&＃xff0c;方法出口等&＃xff0c;这块学过计算机系统的朋友应该都很熟悉了。

VM Stack中存放了编译期可知的各种基本数据类型&＃xff0c;对象引用和returnAddress&＃xff0c;这些数据类型在局部变量表以局部变量槽表示。局部变量表所需要的内存空间在编译期完全确定&＃xff0c;也就是说&＃xff0c;进入一个方法后&＃xff0c;这个方法需要在它的栈帧中分配多大的局部变量表是完全确定的。这里的“大小”值的是变量槽的数量&＃xff0c;虚拟机最后使用了多大的空间因不同版本的虚拟机而异。

这个内存区域会发生两类异常&＃xff0c;一个是线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度&＃xff0c;将抛出StackOverflowError&＃xff0c;如果Java虚拟机栈容量允许动态扩展&＃xff0c;当拓展到极限的时候会抛出OutOfMemoryError

本地方法栈

本地方法栈和VM Stack的作用基本相同&＃xff0c;区别在于VM Stack是为Java方法服务&＃xff0c;本地方法栈为本地方法服务&＃xff0c;也会有上述的两种异常。

Java 堆

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块&＃xff0c;被所有线程共享&＃xff0c;这个区域存在的唯一目的就是存访对象的实例&＃xff0c;Java程序中几乎所有的对象实例都在堆上分配内存。不过由于技术&＃xff08;即时编译&＃xff0c;逃逸分析&＃xff0c;标量替换&＃xff09;的进步&＃xff0c;可能以后并不是所有的Java对象实例都会在堆上被分配。

同时&＃xff0c;Java堆还是GC&＃xff08;Garbage Collected&＃xff09;管理的内存区域&＃xff0c;由于现代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理论设计的&＃xff0c;所以java堆中经常出现“新生代”&＃xff0c;“老年代”等名词。

从分配内存的角度看&＃xff0c;所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区&＃xff08;Thread Local Allocation Buffer&＃xff09;来提升对象分配时的效率。

TLAB的能够让每个Java线程能使用自己专属的分配指针来分配空间&＃xff0c;均摊对Java堆里共享的分配指针做更新而带来的同步开销&＃xff0c;这个内容会用一篇新的文章来讲&＃xff0c;这里就不继续展开了。

但是无论如何划分&＃xff0c;Java堆中存储内容的共性不会被改变&＃xff0c;无论哪个区域&＃xff0c;存储的都是对象实例&＃xff0c;划分是为了更快的分配内存和更好的回收。

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中&＃xff0c;但是逻辑上它是连续的&＃xff0c;就像磁盘一样&＃xff0c;但是对于体积较大的对象&＃xff0c;从效率和简单的角度出发&＃xff0c;虚拟机会将它们放在连续的空间中&＃xff0c;这里涉及到Cache的内容&＃xff0c;计算机专业的朋友对这个应该比较熟悉。

在主流的JVM中&＃xff0c;Java堆的大小是可拓展的&＃xff0c;可以通过参数-Xmx和-Xms设置&＃xff0c;当堆无法再扩展且还有对象实例需要分配的时候&＃xff0c;JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区&＃xff08;Method Area&＃xff09;与Java堆一样&＃xff0c;是各个线程共享的内存区域&＃xff0c;它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

对于HotSpot虚拟机来说&＃xff0c;在JDK 6之前&＃xff0c;运行时常量池是方法区的一部分&＃xff0c;同时方法区里面存储了类的元数据&＃xff08;变量名&＃xff0c;方法名&＃xff0c;访问权限等&＃xff09;&＃xff0c;即时编译器编译后的代码&＃xff08;比如spring 使用IOC或者AOP创建bean时&＃xff0c;或者使用cglib&＃xff0c;反射的形式动态生成class信息等&＃xff09;等。

JDK 7之后&＃xff0c;运行时常量池就被移出去了。到了JDK 8&＃xff0c;HotSpot完全废除了方法区上的永久代&＃xff0c;&＃xff08;JDK 8以前&＃xff0c;HotSpot将GC使用永久代来实现方法区&＃xff0c;因为容易造成内存溢出&＃xff09;&＃xff0c;在本地内存中实现了元空间&＃xff0c;把JDK 7中永久代还剩余的内容&＃xff08;主要是类型信息&＃xff09;全部移动到了元空间中

元空间使用的是与堆不相连的本地内存区域&＃xff0c;所以理论上系统内存有多大&＃xff0c;元空间就有多大&＃xff0c;不会出现永久代存在时的内存溢出问题。后面也会专门用一篇文章来介绍元空间的。

运行时常量池

Class文件中有一项是常量池表&＃xff0c;用来存放编译器生成的各种字面量与符号引用&＃xff0c;字面量包括了文本字符串&＃xff0c;final&＃xff0c;基本数据类型和其他&＃xff0c;符号引用包括了类和结构的完全限定名&＃xff0c;字段&＃xff0c;方法的名称和描述符等。

这部分内容将会在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池具有动态性&＃xff0c;并非预置入Class文件常量池的内容才能进入运行时常量池&＃xff0c;运行期间的新的常量也可以&＃xff0c;一个栗子就是String类的intern()方法

直接内存

在JDK 1.4中新加入了NIO&＃xff08;New Input/Output&＃xff09;类&＃xff0c;引入了一种基于通道&＃xff08;Channel&＃xff09;与缓冲区&＃xff08;Buffer&＃xff09;的I/O方式&＃xff0c;它可以使用Native函数库直接分配堆外内存&＃xff0c;然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

参考

• [1] 深入理解Java虚拟机&＃xff0c;周志明
• [2] java方法区究竟存储了什么&＃xff1f;