如何在面試時搞定 Java 虛擬機？

作者 | 倪升武

責編 | 胡巍巍

筆者最近抽空看了一點《深入理解Java虛擬機》，本篇文章主要來總結一下Java虛擬機記憶體的各個區域，以及這些區域的作用、服務對象以及其中可能產生的問題，作為大家的面試寶典。

首先我們來看一下Java運行時的數據區域，Java虛擬機在執行Java程式的過程中，會把它所管理的記憶體，劃分成若乾個不同的數據區域，這些區域都有各自的用途，各自的創建和銷毀的時間。

有的區域，隨著虛擬機進程的啟動而存在；有些區域，則依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。

我們來看一下Java虛擬機運行時的數據區。

結合這張圖，下面逐個來分析一下每個數據區域的特點。

程式計數器

程式計數器是一塊較小的記憶體空間，可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。什麽意思呢？

我們知道，CPU的計算時間是以分片的方式給到每個線程的（換句話說，所謂並行其實本質上還是串行），比如線程A執行到一個地方，CPU將控制權給了線程B，那麽線程A重新獲得CPU的資源時，如何恢復到剛才執行的地方呢？

這就是程式計數器要乾的事了！它能幫助線程A找到剛剛執行的地方，從而繼續剛剛的執行。

為了線程切換後能恢復到正確的執行位置，就要求每個線程都需要有個獨立的程式計數器，各條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲。所以程式計數器是線程私有的。

另外，程式計數器是唯一一個在Java虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

Java虛擬機棧

Java虛擬機棧佔有的記憶體空間也就是我們平常所說的“棧記憶體”，並且也是線程私有的，生命周期與線程相同。

虛擬機棧描述的是Java方法執行的記憶體模型：每個方法在執行的同時，都會創建一個棧幀，用於存儲局部變量表（基本數據類型，對象的引用和returnAddress類型）、操作數棧、動態鏈接、方法出口等資訊。

局部變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中，分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。

每個方法被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀，從虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。對於Java虛擬機棧，有兩種以嘗情況：

1. 如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverFlowError異常。

2. 如果虛擬機棧在動態擴展時，無法申請到足夠的記憶體，就會拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧和虛擬機棧所發揮的作用非常相似，它們之間的區別主要是：虛擬機棧是為虛擬機執行的Java方法（即字節碼）服務的，而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。

與虛擬機棧類似，本地方法棧也會拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

Java堆是Java虛擬機所管理的記憶體中最大的一塊。

Java堆在主記憶體中，是被所有線程共享的一塊記憶體區域，其隨著JVM的創建而創建，堆記憶體的唯一目的是存放對象實例和陣列。同時Java堆也是GC管理的主要區域。

Java堆在物理上不需要連續的記憶體，只要邏輯上連續即可。如果堆中沒有記憶體完成實例分配，並且也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

方法區

方法區是所有線程共享的一塊記憶體區域。用於存儲已被虛擬機加載的類資訊、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。

方法區也有一個別名叫Non-heap（非堆），用來與Java堆區分。對於HotSpot虛擬機來說，方法區又習慣成為“永久代（Permancent Generation）”，但這只是對於HotSpot虛擬機來說的，其他虛擬機的實現上並沒有這個概念。

相對而言，垃圾收集行為在這個區域比較少出現，但也並非不會來收集，這個區域的記憶體回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的解除安裝上。

根據Java虛擬機規範的規定，當方法區無法滿足記憶體分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

運行時常量池

運行時常量池屬於方法區。Class檔案中除了有類的版本、資料欄、方法、接口等描述資訊外，還有一項資訊是常量表，用於存放編譯期生成的各種字面常量和符號引用，這部分內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池中存放（JDK1.7開始，常量池已經被移到了堆記憶體中了）。

也就是說，這部分內容，在編譯時只是放入到了常量池資訊中，到了加載時，才會放到運行時常量池中去。

運行時常量池縣歸於Class檔案常量池的另外一個重要特徵是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，也就是並非預置入Class檔案中常量池的內容，才能進入方法區的運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用的比較多的是String類的intern()方法。

當方法區無法滿足記憶體分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常，常量池屬於方法區，同樣可能拋出OutOfMemoryError異常。

下面針對Java記憶體區域模型做一下簡單的總結。

作者簡介：倪升武，CSDN 部落格專家，CSDN達人課作者。碩士畢業於同濟大學，曾先後就職於 eBay、愛奇藝、華為。目前在科大訊飛從事Java領域的軟體開發，他的世界不僅只有coding。

聲明：本文為作者投稿，版權歸其個人所有。

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