为什么 Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间？

[zhao1014]

JVM 为大对象分配内存时需要连续的内存空间，这个内存空间指的是逻辑上连续的内存空间吧？

在物理内存中对象有可能被拆分开分配到物理不连续的空间中吗？

如果 Java 堆逻辑连续的空间物理上并不连续，那么垃圾回收的过程中，由复制算法和标记-整理算法得到的空闲内存是不是也是逻辑上连续，物理上不一定连续？

JVM 运行时数据区是不是对物理内存的一部分的封装？如果是封装，那么逻辑内存与物理内存之间是不是存在一个映射关系？维护这个映射关系的开销不会很大么？为什么不要求物理连续呢？

感谢各位的回答！去研究操作系统了！

[hello2060]

没研究过这么高深的问题，既然 java 里都是指针，为啥必须连续空间？你一个对象创建出来只是把成员初始化了，这时候成员还不一定指向任何有意义的东西呢，连续空间有啥用

[vk42]

物理地址一般对用户态程序是不可见的，至于虚拟地址到物理地址映射是 OS 维护的事，JVM 没必要多管闲事

[zhao1014]

@hello2060 可是 jvm 分配大对象内存要求连续空间，指针指向的是对象所占内存空间的起始地址，也就是第一个字节的地址，再通过对象的类型得知该对象所需空间具体大小然后顺序读取内存

[noe132]

应用程序没有权限直接操作物理内存的，操作的都只是虚拟内存，内存分配是 OS 的工作。至于怎么分配，怎么映射，又多大开销，《操作系统》欢迎你

[zhao1014]

@vk42 好的，谢谢你

[zhao1014]

@hello2060 好像没能理解你说的意思，说的话跟你没对上，抱歉了

[zhao1014]

@noe132 你说的虚拟内存是不是虚拟存储器，本质上是存储在磁盘上，只在需要的时候才会被读取到内存里？

[djFFFFF]

@zhao1014 虚拟内存是操作系统的知识，对物理内存的抽象和隔离。看一下操作系统的知识就知道了。

[zhao1014]

@djFFFFF 好的，谢谢！

[secondwtq]

“维护这个映射关系的开销不会很大么”
这个开销由硬件承担。可能有其他的方案，但是现在主流硬件都针对这个优化，已经形成了路径依赖

[julyclyde]

应用程序看不到物理内存的地址空间
所以讨论在物理地址空间是否连续根本就是个 NULL 问题

[BrettD]

物理内存映射是操作系统内核管的事情，JVM 只管到逻辑地址

[hello2060]

@zhao1014 虚拟内存应该只是一个虚拟的东西，他映射到实际存储数据的地方，可以在内存上也可以在磁盘里。

我前面的回答其实和你问的不是一回事。但是比如说一个飞机对象，包含 100 个乘客对象，也就是飞机对象有 100 个乘客对象的 reference, 这些 reference 可以是在连续空间里的（不管实际存储位置是不是连续的），但是具体每一个乘客对象，完全可以在不连续的位置上（这个更不可能要求实际存储位置是连续的，因为每个乘客对象都是独立的，完全可以在不同的时间地点被创建）再到飞机对象被销毁的时候，乘客对象完全可能还继续存在着，要求物理连续没有意义啊。--- 如果我说的不是你问的，你可以忽略嘿嘿

[zhao1014]

@hello2060 哈哈，感谢回答

[mejee]

这里的连续地址，指的是虚拟内存的连续，而不是物理内存的连续。可以理解为虚拟内存统一受 JVM 管理，当分配大对象时候，需要在虚拟内存地址中，找到连续的内存（因为 JVM 管理虚拟内存，所以虚拟内存也是有碎片化使用的）

[misaka19000]

学学操作系统吧。。。CPU 有一个部件叫做 MMU，用来管理物理内存页。

或者看我之前写的文章
https://www.nosuchfield.com/2018/11/23/Program-compilation-linking-loading-and-running/
中第四部“装载”中介绍的过程

[Jooooooooo]

你可以研究下操作系统虚拟内存和物理内存的映射管理.

[zhao1014]

@misaka19000 感谢，发现了一个错别字，
“但其实每个旅行图手中的地图都是不一样的，这个地图保证客人绝对不会找到一个已经被别人使用的房间”旅行图→旅行团

[misaka19000]

@zhao1014 #18 感谢，已经修改

[nightwitch]

推荐去看 csapp 的第九章：虚拟内存，关键词：页表，换页和 page fault 。

对应用程序来说内部见到的地址都是虚拟的，由虚拟地址往物理地址的映射这部分是由操作系统和硬件 mmu+tlb 单元来控制的。

[winglight2016]

JVM 里的对象不需要“连续内存空间”，lz 恐怕是以为所有和某个对象相关的数据都放在连续的内存地址中（假设不区分是物理地址还是 JVM 的虚拟地址），但是并不是这样，一个 java Object 只需要声明就好了（我记得只需要 52 个字节），具体的数据是存在堆栈内存中的。

如果 lz 是专注 java 开发，那么是没必要了解 OS，先研究一下 JVM 吧。

[systemcall]

应用程序能够访问到的都是“虚拟内存”
硬盘上的是“页面文件”而不是“虚拟内存”，这 2 个不是一回事
一般的应用程序是拿不到“物理内存”的地址的。虚拟内存是硬件实现的（现在是 CPU 里面的 MMU 之类的部分来做），一般的应用是看不到这些东西的
Intel 这几年牙膏倒吸的漏洞，就和 Intel 的 MMU 的缺陷有关系，感兴趣的话可以看看
另外，现在的 SSD 也是映射过的。NAND 闪存非常容易有坏块，而且还要做均衡磨损、垃圾回收等一系列的事情。操作系统里可以看到的 LBA 和 SSD 内部 NAND 　 Flash 上的位置不是一一对应的，而是由 SSD 主控负责映射。如果 SSD 有 DRAM 缓存的话，DRAM 用来存放映射表
不用担心效率问题，因为是专门的硬件来完成。针对内存的一些性能测试，也在一定程度上反映了这套系统的性能

[irytu]

虚拟内存 物理地址都存在每个进程的页表 page table 里面 安全、好管理、也有利于简化一些内存相关的操作

[zhao1014]

@winglight2016 我是看了深入理解 java 虚拟机中垃圾回收方面的东西才有了这种想法，比如说:
使用复制算法留下的空间是规整的，标记清除算法会产生大量碎片空间，此时 jvm 会维护一个空闲列表来记录空闲内存，在为对象分配内存时选取足够大的连续空间。

所以才有了对“连续空间”的一些疑问

[zhao1014]

@systemcall 今天了解了一下关于存储器的知识：“内存与磁盘的动态交换。操作系统将正在使用的部分保存在内存中，其他部分留在磁盘，在需要时再从磁盘中读取，不用的数据再返回给磁盘。”

我感觉虚拟存储器好像跟大家说的虚拟内存不是一回事，虚拟存储器就是我们使用 Windows 系统时可以设置的虚拟内存，大家提到的“虚拟内存”似乎是对物理内存的一种封装？本质上是一层逻辑？我这样想是对的吗？

[zclHIT]

赞一下楼主，之前自己也没有仔细思考过这个问题，看了大家的讨论才恍然大悟，不说了我也去翻《操作系统》去了。。。

[Huelse]

段页式内存管理，这个是操作系统维护的，而且有专门的寄存器来映射地址

这个是操作系统中内存管理的基础

[DOLLOR]

外行人眼中：
虚拟内存=页面文件

计算机专业里：
虚拟内存=物理内存+页面文件(linux 下叫交换区)

由此可见，所谓的虚拟内存，是对多种存储介质的一层封装。
对应用程序来说，它们都是在虚拟内存里工作的，并不需要关心自己到底在物理内存里还是页面文件里。至于决定它们要运行在物理内存里还是页面文件里，那时操作系统的工作。

如果你使用的是 win10 、win8 操作系统，可以打开任务管理器->性能标签->内存，仪表盘下面有个“已提交”，表现为类似 数字 A ／ 数字 B 形式。这里体现的就是虚拟内存（计算机专业里）的使用状态，数字 A 是已分配给程序的虚拟内存，数字 B 虚拟内存总大小——大致就是你的内存+设置的页面文件大小。

生活中常常看到有人抱怨，“明明可用内存还有那么多，系统却提示内存不足了”，那是因为他们只留意物理内存还有可用空间，但实际上 windows 是根据虚拟内存（上述的“已提交”）来判断内存不足的，这时候就要通过增大页面文件大小，才能缓解“内存不足”。

[mejee]

@winglight2016 需要连续空间的。比如数组。或者成员变量比较多的对象，需要的空间也大一些

[zhao1014]

@DOLLOR 感谢！

[quanjw]

《程序员的自我修养—链接、装载与库》 emmm 其实我也没看完，但是你这个问题 我有看到过解释

[winglight2016]

@mejee 你说的是那种原生类型的数组吧，那种 element 都不是对象，连续存储就比较方便，但是也依然可以分开存储。

@zhao1014 对象不需要连续存储不代表一定要分开存储，也不代表 JVM 全部不需要连续存储。而且 JVM 维护的空闲内存列表和运行时产生的内存分配略有不同，JVM 是负责 java 程序和 OS 之间的交互层，所以 java 内部的内存管理和 OS 的内存没什么直接的关系。所以，连续内存最大的好处在于提高存储效率，减少读写时间，然而因为 GC 机制，内存碎片化难以避免。

[systemcall]

@zhao1014 虚拟内存不仅仅是含有物理内存，还有页面文件，甚至有些地址根本没分配内存
而且，如果是 32 位的 Windows，进程空间只有 2G，这 2G 也没有都分页，也只有一部分页在物理内存。一些文章介绍的很详细。

[m30102]

听过 4k 对齐吗？ mmu 管理的最小单位就是 4k

[Junzhou]

看来你跟我一样，操作系统的知识都还给老师了。

[xx6412223]

任何进程的内存都可以是物理不连续的，或者说不连续才是正常情况。不是面试想了解 jvm 还是建议先看 Linux 内存管理

[zhao1014]

@xx6412223 虽然是为了应对面试，但还是想理解清楚 XD，会继续深入学习的

[xingguang]

本来物理内存是否连续和逻辑内存是否连续就没关系的