初识 JVM 内存区域划分

caoluwei

2012-02-28

大多数 JVM 将内存区域划分为 MethodArea（Non-Heap）, Heap, ProgramCounter Register, Java Method Stack,NativeMethod Stack 和 DirectMemomry（注意 DirectoryMemory 并不属于 JVM 管理的内存区域）。前三者一般译为：方法区、堆、程序计数器。但不同的资料和书籍上对于后三者的中文译名不尽相同，这里将它们分别译作：Java 方法栈、原生方法栈和直接内存区。对于不同的 JVM，内存区域划分可能会有所差异，比如 Hot Spot 就将Java 方法栈和原生方法栈合二为一，我们可以同城为方法栈（Method Stack）。

首先我们熟悉一下一个一般性的 Java 程序的工作过程。一个 Java 源程序文件，会被编译为字节码文件（以 class 为扩展名），然后告知 JVM 程序的运行入口，再被 JVM 通过字节码解释器加载运行。那么程序开始运行后，都是如何涉及到各内存区域的呢？

概括地说来，JVM 每遇到一个线程，就为其分配一个程序计数器、Java 方法栈和原生方法栈。当线程终止时，两者所占用的内存空间也会被释放掉。栈中存储的是栈帧，可以说每个栈帧对应一个“运行现场”。在每个“运行现场”中，如果出现了一个局部对象，则它的实例数据被保存在堆中，而类数据被保存在方法区。

我们用上面这一小段文字就描述完了每个内存区域的基本功能。但是这还比较粗糙，下面分别介绍它们的存储对象、生存期与空间管理策略。

2.1 程序计数器

· 线程特性：私有

· 存储内容：字节码文件指令地址（Java Methods），或Undefined（Native Methods）

· 生命周期：随线程而生死

· 空间策略：占用内存很小

这个最简单，就先捡它说吧。程序计数器，是线程私有（与线程共享相对）的，也就是说有 N 个线程，JVM就会分配 N 个程序计数器。如果当前线程在执行一个 Java 方法，则程序计数器记录着该线程所执行的字节码文件中的指令地址。如果线程执行的是一个 Native 方法，则计数器值为Undefined。

程序计数器的生存期多长呢？显然程序计数器是伴随线程生而生，伴随线程死而死的。而它所占用的内存空间也很小。

2.2 Java 方法栈与原生方法栈

Java 方法栈也是线程私有的，每个 Java 方法栈都是由一个个栈帧组成的，每个栈帧是一个方法运行期的基础数据结构，它存储着局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。当线程调用调用了一个 Java 方法时，一个栈帧就被压入（push）到相应的Java 方法栈。当线程从一个 Java 方法返回时，相应的 Java 方法栈就弹出（pop）一个栈帧。

其中要详细介绍的是局部变量表，它保存者各种基本数据类型和对象引用（Object reference）。基本数据类型包括 boolean、byte、char、short、int、long、float、double。对象引用，本质就是一个地址（也可以说是一个“指针”），该地址是堆中的一个地址，通过这个地址可以找到相应的 Object（注意是“找到”，原因会在下面解释）。而这个地址找到相应 Object 的方式有两种。一种是该地址存储着 Pointer to Object Instance Data 和 Pointer to Object Class Data，另一种是该地址存储着 Object Instance Data，其中又包含有 Pointer to Object Class Data。

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