一、JVM主要分為5個(gè)核心區(qū)域（6個(gè)子區(qū)域），分別是：

程序計(jì)數(shù)器

Java虛擬機(jī)棧

本地方法棧

Java堆

方法區(qū)

*運(yùn)行時(shí)常量池(屬于“方法區(qū)”的一部分)

二、各個(gè)區(qū)域作用和描述

序號(hào)區(qū)域名稱共享作用異常備注

1	程序計(jì)數(shù)器	線程私有	記錄當(dāng)前線程鎖執(zhí)行的字節(jié)碼行號(hào)指示器。	Java虛擬機(jī)規(guī)范中唯一一個(gè)沒有規(guī)定OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)的區(qū)域。	--
2	Java虛擬機(jī)棧	線程私有	存放局部變量表、操作數(shù)據(jù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。	棧深大于允許的最大深度，拋出StackOverflowError(棧溢出錯(cuò)誤)。 內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)。	常說的“棧”說的就是Java虛擬機(jī)棧，或者是Java虛擬機(jī)棧中的局部變量表。
3	本地方法棧	線程私有	和Java虛擬機(jī)棧類似，不過是為JVM用到的Native方法服務(wù)。	同上	--
4	Java堆	線程共享	存放實(shí)例化數(shù)據(jù)。	內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)。	通過-Xmx和-Xms控制大小。 GC的主要管理對(duì)象。
5	方法區(qū)	線程共享	存放類信息（版本、字段、方法、接口等）、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。	內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)。	--
6	運(yùn)行時(shí)常量池	線程共享	存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用。	內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)。	屬于“方法區(qū)”的一部分。
7	直接內(nèi)存	--	如NIO可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，該內(nèi)存受計(jì)算機(jī)內(nèi)存限制。	內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError(內(nèi)存不足錯(cuò)誤)。	不是JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是JVM虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但這部分內(nèi)存也被頻繁的使用。所以放到一起。

*參考《深入理解Java虛擬機(jī) JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐》一書

JVM在執(zhí)行JAVA程序時(shí)會(huì)把它管理的內(nèi)存區(qū)域劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，統(tǒng)稱為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，由圖可見JVM程序所占的內(nèi)可劃分成5個(gè)部分：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧（線程棧）、本地方法棧、堆（heap）和方法區(qū)（內(nèi)含常量池），其中方法區(qū)和堆被所有線程共享。下面分別介紹各部分的功能：

程序計(jì)數(shù)器

JVM是多線程的，每一個(gè)線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器（JVM是多線程的，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置），是一塊較小的內(nèi)存空間，它與線程共存亡。JVM中的程序計(jì)數(shù)器指向的是正在執(zhí)行的字節(jié)碼地址，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。

如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)java方法，程序計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址；
若線程執(zhí)行的是Native方法，程序計(jì)數(shù)器則為Undefined。
程序計(jì)數(shù)器是JVM中唯一一個(gè)沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機(jī)棧

一個(gè)線程一個(gè)棧，并且生命周期與線程相同。它的內(nèi)部由一個(gè)個(gè)棧幀構(gòu)成，一個(gè)棧幀代表一個(gè)調(diào)用的方法，線程在每次方法調(diào)用執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀然后壓棧，棧幀用于存放局部變量、操作數(shù)、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。方法執(zhí)行完成后對(duì)應(yīng)的棧幀出棧。我們平時(shí)說的棧內(nèi)存就是指這個(gè)棧。

一個(gè)線程中的方法可能還會(huì)調(diào)用其他方法，這樣就會(huì)構(gòu)成方法調(diào)用鏈，而且這個(gè)鏈可能會(huì)很長，而且每個(gè)線程都有方法處于執(zhí)行狀態(tài)。對(duì)于執(zhí)行引擎來說，只有活動(dòng)線程棧頂?shù)臈攀怯行У?#xff0c;稱為當(dāng)前棧幀（Current Stack Frame），這個(gè)棧幀關(guān)聯(lián)的方法稱為當(dāng)前方法（Current Method）。

棧幀的大致結(jié)構(gòu)如下圖所示：

每一個(gè)棧幀的結(jié)構(gòu)都包括了局部變量表、操作數(shù)棧、方法返回地址和一些額外的附加信息。某個(gè)方法的棧幀需要多大的局部變量表、多深的操作數(shù)棧都在編譯程序時(shí)完全確定了，并且寫入到類方法表的相應(yīng)屬性中了，因此某個(gè)方法的棧幀需要分配多少內(nèi)存，不會(huì)受到程序運(yùn)行期變量數(shù)據(jù)變化的影響，而僅僅取決于具體虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

局部變量區(qū)域：存儲(chǔ)方法的局部變量和參數(shù)，存儲(chǔ)單位以slot（4 byte）為最小單位。局部變量存放的數(shù)據(jù)類型有：基本數(shù)據(jù)類型、對(duì)象引用和return address（指向一條字節(jié)碼指令的地址）。其中64位長度的long和double類型的變量會(huì)占用2個(gè)slot，其它數(shù)據(jù)類型只占用1個(gè)slot。

類的靜態(tài)方法和對(duì)象的實(shí)例方法被調(diào)用時(shí)，各自棧幀對(duì)應(yīng)的局部變量結(jié)構(gòu)基本類似。但有以下如圖示區(qū)別：實(shí)例方法中第一個(gè)位置存放的是它所屬對(duì)象的引用，而靜態(tài)方法則沒有對(duì)象的引用。另外靜態(tài)方法里所操作的靜態(tài)變量存放在方法區(qū)。

void test(Object object){int i=0;Boolean b=false;} static void test1(int i ,Object object,boolean b){...}

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關(guān)于局部變量表，還有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)，就是局部變量不像類的實(shí)例變量那樣會(huì)有默認(rèn)初始化值。所以局部變量需要手工初始化，如果一個(gè)局部變量定義了但沒有賦初始值是不能使用的。

操作數(shù)棧：?所謂操作數(shù)是指那些被指令操作的數(shù)據(jù)。當(dāng)需要對(duì)參數(shù)操作時(shí)如c=a+b,就將即將被操作的參數(shù)數(shù)據(jù)壓棧，如將a 和b 壓棧，然后由操作指令將它們彈出，并執(zhí)行操作。虛擬機(jī)將操作數(shù)棧作為工作區(qū)。Java虛擬機(jī)沒有寄存器，所有參數(shù)傳遞、值返回都是使用操作數(shù)棧來完成的。

Java虛擬機(jī)的解釋執(zhí)行引擎稱為“基于棧的執(zhí)行引擎”，其中所指的“棧”就是操作數(shù)棧。

例如：

public static int add(int a,int b){int c=0;c=a+b;return c;}add(25,23);

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主要操作步驟：

壓棧步驟：

0: ....1: iload_0 // 把局部變量0壓棧，int a;2: iload_1 // 局部變量1壓棧,int b;3: iadd //彈出2個(gè)變量，求和，結(jié)果壓棧484: istore_2 //彈出結(jié)果，放于局部變量2;int c;5： ...

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動(dòng)態(tài)連接：它是個(gè)指向運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用，這個(gè)引用是為了支持方法調(diào)用過程中能進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接。我們知道Class文件的常量池存有方法的符號(hào)引用，字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就以指向常量池中方法的符號(hào)引用為參數(shù)。這些符號(hào)引用一部分會(huì)在類加載階段或第一次使用的時(shí)候轉(zhuǎn)化為直接引用，這種轉(zhuǎn)化稱為靜態(tài)解析。余下部分將在每一次運(yùn)行期間轉(zhuǎn)化為直接引用，這部分稱為動(dòng)態(tài)連接。
方法返回地址：
正常退出，執(zhí)行引擎遇到方法返回的字節(jié)碼，將返回值傳遞給調(diào)用者；

異常退出，遇到Exception,并且方法未捕捉異常，返回地址由異常處理器來確定，并且不會(huì)有任何返回值。

方法退出的過程實(shí)際上等同于把當(dāng)前棧幀出棧，因此退出時(shí)可能執(zhí)行的操作有：恢復(fù)上層方法的局部變量表和操作數(shù)棧，把返回值（如果有的話）壓入調(diào)用者棧幀的操作數(shù)棧中，調(diào)整PC計(jì)數(shù)器的值以指向方法調(diào)用指令后面的一條指令等。

額外附加信息：虛擬機(jī)規(guī)范沒有明確規(guī)定，由具體虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)。

Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定該區(qū)域有兩種異常：
StackOverFlowError：當(dāng)線程請(qǐng)求棧深度超出虛擬機(jī)棧所允許的深度時(shí)拋出
OutOfMemoryError：當(dāng)Java虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展到無法申請(qǐng)足夠內(nèi)存時(shí)拋出

另外需要提醒一下，在規(guī)范模型中，棧幀相互之間是完全獨(dú)立的。但在大多數(shù)虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)里都會(huì)做一些優(yōu)化處理，這樣兩個(gè)棧幀可能會(huì)出現(xiàn)一部分重疊。這樣在下面的棧幀會(huì)有部分操作數(shù)棧與上面棧幀的部分局部變量表重疊在一起，這樣在進(jìn)行方法調(diào)用時(shí)就可以有部分?jǐn)?shù)據(jù)共享，而無須進(jìn)行額外的參數(shù)復(fù)制傳遞了。具體情形如下圖所示：

本地方法棧

Java可以通過java本地接口JNI（Java Native Interface）來調(diào)用其它語言編寫（如C）的程序，在Java里面用native修飾符來描述一個(gè)方法是本地方法。本地方法棧就是虛擬機(jī)線程調(diào)用Native方法執(zhí)行時(shí)的棧，它與虛擬機(jī)棧發(fā)揮類似的作用。但是要注意，虛擬機(jī)規(guī)范中沒有對(duì)本地方法棧作強(qiáng)制規(guī)定，虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)，所以可以不是字節(jié)碼。如果是以字節(jié)碼實(shí)現(xiàn)的話，虛擬機(jī)棧本地方法棧就可以合二為一，事實(shí)上，OpenJDK和SunJDK所自帶的HotSpot虛擬機(jī)就是直接將虛擬機(jī)棧和本地方法棧合二為一的。

Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定該區(qū)域也可拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

堆

這個(gè)區(qū)域用來放置所有對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組，不過在JIT（Just-in-time）情況下有些時(shí)候也有可能在棧上分配對(duì)象實(shí)例。堆也是java垃圾收集器管理的主要區(qū)域（所以很多時(shí)候會(huì)稱它為GC堆），被所有線程共享。

從GC回收的角度看，由于現(xiàn)在GC基本都是采用的分代收集算法，所以堆內(nèi)存結(jié)構(gòu)還可以分塊成：新生代和老年代；再細(xì)一點(diǎn)的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。如下圖：

對(duì)象在堆內(nèi)分配內(nèi)存的兩種方法：
為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來。

指針碰撞(Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器)
假設(shè)Java堆中內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的，所有用過的內(nèi)存都放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另一邊，中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器，那所分配內(nèi)存就僅僅是把那個(gè)指針向空閑空間那邊挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離，這種分配方式稱為“指針碰撞”（Bump the Pointer）。
空閑列表(CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器)
如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯(cuò)，那就沒有辦法簡單地進(jìn)行指針碰撞了，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表，記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的，在分配的時(shí)候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例，并更新列表上的記錄，這種分配方式稱為“空閑列表”（Free List）。
選擇哪種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定，而Java堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。因此，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時(shí)，系統(tǒng)采用的分配算法是指針碰撞，而使用CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器時(shí)，通常采用空閑列表。

方法區(qū)

它是虛擬機(jī)在加載類文件時(shí)，用于存放已加載的類的類信息，常量，靜態(tài)變量，及jit編譯后的代碼（類方法）等數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域，是線程共享的。

方法區(qū)存放的信息包括：

1.類的基本信息：

每個(gè)類的全限定名

每個(gè)類的直接超類的全限定名(可約束類型轉(zhuǎn)換)

該類是類還是接口

該類型的訪問修飾符

直接超接口的全限定名的有序列表

2.已裝載類的詳細(xì)信息：

3.運(yùn)行時(shí)常量池：

類信息除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量、符號(hào)引用，文字字符串、final變量值、類名和方法名常量，這部分內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中。它們以數(shù)組形式訪問，是調(diào)用方法、與類聯(lián)系及類的對(duì)象化的橋梁。

這里再講一下，JDK1.7之前運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，JDK1.7及之后版本已經(jīng)將運(yùn)行時(shí)常量池從方法區(qū)中移了出來，在堆（Heap）中開辟了一塊區(qū)域存放運(yùn)行時(shí)常量池。

運(yùn)行時(shí)常量池除了存放編譯期產(chǎn)生的Class文件的常量外，還可存放在程序運(yùn)行期間生成的新常量，比較常見增加新常量方法有String類的intern()方法。String.intern()是一個(gè)Native方法，它的作用是：如果運(yùn)行時(shí)常量池中已經(jīng)包含一個(gè)等于此String對(duì)象內(nèi)容的字符串，則返回常量池中該字符串的引用；如果沒有，則在常量池中創(chuàng)建與此String內(nèi)容相同的字符串，并返回常量池中創(chuàng)建的字符串的引用。不過JDK7的intern（）方法的實(shí)現(xiàn)有所不同，當(dāng)常量池中沒有該字符串時(shí)，不再是在常量池中創(chuàng)建與此String內(nèi)容相同的字符串，而改為在常量池中記錄堆中首次出現(xiàn)的該字符串的引用，并返回該引用。

4.字段信息：

字段信息存放類中聲明的每一個(gè)字段（實(shí)例變量）的信息，包括字段的名、類型、修飾符。

如private String a=“”;則a為字段名，String為描述符，private為修飾符。

5.方法信息：

類中聲明的每一個(gè)方法的信息，包括方法名、返回值類型、參數(shù)類型、修飾符、異常、方法的字節(jié)碼。(在編譯的時(shí)候，就已經(jīng)將方法的局部變量表、操作數(shù)棧大小等完全確定并存放在字節(jié)碼中，在加載載的時(shí)候，隨著類一起裝入方法區(qū)。)

在運(yùn)行時(shí)，虛擬機(jī)線程調(diào)用方法時(shí)從常量池中獲得符號(hào)引用，然后在運(yùn)行時(shí)解析成方法的實(shí)際地址，最后通過常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把當(dāng)前類或接口中的代碼與其它類或接口中的代碼聯(lián)系起來。

5.靜態(tài)變量：

就是類變量，被類的所有實(shí)例對(duì)象共享，我們只需知道，在方法區(qū)有個(gè)靜態(tài)區(qū)，靜態(tài)區(qū)專門存放靜態(tài)變量和靜態(tài)塊。

6.到類ClassLoader的引用：到該類的類裝載器的引用。

7.到類Class的引用：虛擬機(jī)為每一個(gè)被裝載的類型創(chuàng)建一個(gè)Class實(shí)例，用來代表這個(gè)被裝載的類。

Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定該區(qū)域可拋出OutOfMemoryError。

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存（Direct Memory）雖然不是程序運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但這部分內(nèi)存也被頻繁使用，而且它也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。

在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native方法庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆里面的DirecByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在某些應(yīng)用場景中顯著提高性能，因?yàn)樗苊饬嗽贘ava堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

顯然，本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到Java堆大小的限制，但是，還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存（包括RAM及SWAP區(qū)或者分頁文件）的大小及處理器尋址空間的限制，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。

總結(jié)

在程序運(yùn)行時(shí)類是在方法區(qū)，實(shí)例對(duì)象本身在堆里面。

方法字節(jié)碼在方法區(qū)。線程調(diào)用方法執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建棧幀并壓棧，方法的參數(shù)和局部變量在棧幀的局部變量表。

對(duì)象的實(shí)例變量和對(duì)象一起在堆里，所以各個(gè)線程都可以共享訪問對(duì)象的實(shí)例變量。

靜態(tài)變量在方法區(qū)，所有對(duì)象共享。字符串常量等常量在運(yùn)行時(shí)常量池。

各線程調(diào)用的方法，通過堆內(nèi)的對(duì)象，方法區(qū)的靜態(tài)數(shù)據(jù)，可以共享交互信息。

各線程調(diào)用的方法所有參數(shù)傳遞、方法返回值的返回，都是使用棧幀里的操作數(shù)棧來完成的。

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3.1.1 程序計(jì)數(shù)器

Program Counter Register

內(nèi)存空間小，線程私有.它可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器.也就是說,線程主要是執(zhí)行任務(wù),而執(zhí)行到哪里,需要使用程序計(jì)數(shù)器來記錄.字節(jié)碼解釋器工作是就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行指令的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴計(jì)數(shù)器完成.

由于java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)的,所以,為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置,每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器,各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響,獨(dú)立存儲(chǔ),所以我們說,它是線程私有的.

如果線程正在執(zhí)行一個(gè) Java 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是 Native 方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器的值則為 (Undefined)。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域。

3.1.2 虛擬機(jī)棧

java virtual Machine Stacks

線程私有，生命周期和線程一致。描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀(Stack Frame)用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行結(jié)束，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀從虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程。

在編譯程序代碼的時(shí)候,棧幀中需要多大的局部變量表,多深的操作數(shù)棧都已經(jīng)完全確定了,因此一個(gè)棧幀需要分配多少內(nèi)存,不會(huì)受程序運(yùn)行時(shí)期變量數(shù)據(jù)的影響.

一個(gè)線程中的方法調(diào)用鏈可能會(huì)很長,很多方法都處于同時(shí)執(zhí)行狀態(tài).對(duì)于執(zhí)行引擎來說,在活動(dòng)線程中,只有位于棧頂?shù)臈攀怯行У?/strong>,執(zhí)行引擎運(yùn)行的所有的字節(jié)碼指令都只針對(duì)當(dāng)前棧幀來進(jìn)行操作的.

局部變量表

局部變量表是一組變量值存儲(chǔ)空間,用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量.

操作數(shù)棧

Operand Stack

是一個(gè)后進(jìn)先出棧.其最大深度在編譯的時(shí)候已經(jīng)確定了.當(dāng)一個(gè)方法剛剛開始執(zhí)行的時(shí)候,這個(gè)方法的操作數(shù)占是空的,在方法的執(zhí)行過程中,會(huì)有各種字節(jié)碼指令往操作數(shù)占中寫入和提取內(nèi)容,這就是出棧/入棧動(dòng)作.

另外,在概念模型中,兩個(gè)棧幀作為虛擬機(jī)棧的元素,是完全相互獨(dú)立的,但大多數(shù)虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)都會(huì)做一些優(yōu)化處理,讓兩個(gè)棧幀出現(xiàn)部分重疊,讓下面的棧幀的部分操作數(shù)棧與上面棧幀的部分局部變量表重疊在一起,這樣在進(jìn)行方法調(diào)用的時(shí)候就可以共用一部分?jǐn)?shù)據(jù).無須進(jìn)行額外的參數(shù)的復(fù)制傳遞.

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動(dòng)態(tài)連接

每一個(gè)棧幀都包含一個(gè)執(zhí)行運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用.持有這個(gè)引用是為了支持方法調(diào)用過程中的動(dòng)態(tài)連接.

這個(gè)引用是一個(gè)符號(hào)引用,不是方法實(shí)際運(yùn)行的入口地址,需要?jiǎng)討B(tài)的找到具體的方法入口.

這個(gè)特性給java帶來了更強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力,但也使得java方法調(diào)用過程變得相對(duì)復(fù)雜起來,需要在類加載期間,甚至到運(yùn)行期間才能夠確定目標(biāo)方法的直接引用.

方法返回地址

正常完成出口:方法正確執(zhí)行,執(zhí)行引擎遇到方法返回的指令,回到上層的方法調(diào)用者.

異常完成出口:方法執(zhí)行過程中發(fā)生異常,并且沒有處理異常,這樣是不會(huì)給上層調(diào)用者產(chǎn)生任何返回值.

方法正常退出,將會(huì)返回程序結(jié)束其的值給上層方法,經(jīng)過調(diào)整之后以指向方法調(diào)用指令后面的一條指令,繼續(xù)執(zhí)行上層方法.

3.1.3 本地方法棧

Native Method Stack

區(qū)別于Java 虛擬機(jī)棧的是，Java 虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行 Java 方法(也就是字節(jié)碼)服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的Native 方法服務(wù)。也會(huì)有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。

3.1.4 堆

heap

對(duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用來說，這塊區(qū)域是 JVM 所管理的內(nèi)存中最大的一塊。線程共享，主要是存放對(duì)象實(shí)例和數(shù)組。內(nèi)部可以設(shè)置劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。可以位于物理上不連續(xù)的空間，但是邏輯上要連續(xù)。

從內(nèi)存回收的角度來看,由于現(xiàn)在收集器基本上都采用分代收集算法,所以對(duì)空間還可以細(xì)分為:新生代(年輕代),老年代(年老代).再細(xì)致一點(diǎn),可以分為Eden空間,From Survivor空間, To Survivor空間.

不論如何劃分,都與存放內(nèi)容無關(guān),都是存放的是對(duì)象實(shí)例,進(jìn)一步劃分的目的是為了更好的回收內(nèi)存,或者更快的分配內(nèi)存.

3.1.5 方法區(qū)

Method Area

屬于共享內(nèi)存區(qū)域，存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

對(duì)于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation）(java8之前,使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū),在java8之后,廢除永久代,將字符串常量池移動(dòng)到堆中,并新增Meta space,直接在系統(tǒng)內(nèi)存中.)，本質(zhì)上兩者并不等價(jià)，僅僅是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已。

Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)這個(gè)區(qū)域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。相對(duì)而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載，一般來說這個(gè)區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是有必要的。

3.1.6 運(yùn)行時(shí)常量池

Runtime Constant Pool

屬于方法區(qū)一部分，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用。內(nèi)存有限，無法申請(qǐng)時(shí)拋出 OutOfMemoryError.

3.1.7 直接內(nèi)存

Direct Memory

非虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的部分.

在 JDK 1.4 中新加入 NIO (New Input/Output) 類，引入了一種基于通道(Channel)和緩存(Buffer)的 I/O 方式，它可以使用 Native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存,然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。可以避免在 Java 堆和 Native 堆中來回的數(shù)據(jù)耗時(shí)操作。

本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到j(luò)ava堆大小的限制,但是,既然是內(nèi)存,肯定還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存大小的限制.所以我們?cè)谂渲锰摂M機(jī)參數(shù)時(shí),不要忽略直接內(nèi)存,否則可能因?yàn)閯?dòng)態(tài)擴(kuò)展導(dǎo)致出現(xiàn)OutOfMemoryError.

3.2 基于棧的執(zhí)行過程分析

下面我們通過一個(gè)小程序,來分析一下,虛擬機(jī)中實(shí)際是如何執(zhí)行代碼的.

public int calc(){int a = 100;int b = 200;int c = 300;return (a + b) * c;}

代碼非常簡單,我們可以直接使用javap命令(javap -c CalcTest.class > calc.txt),通過反匯編操作,來查看對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼指令.

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查閱虛擬機(jī)字節(jié)碼指令表,我們先將上面的反匯編代碼翻譯一下:

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我們從這段程序的執(zhí)行中,也可以回過來再次認(rèn)識(shí)棧結(jié)構(gòu).整個(gè)過程的中間變量都是以操作數(shù)棧的出棧,入棧為信息交換途徑.

3.3 HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象探秘

堆,是我們最實(shí)用的一塊內(nèi)存空間,分析完棧幀的執(zhí)行過程之后,現(xiàn)在我們?cè)賮矸治鲆幌?虛擬機(jī)在java堆中對(duì)象的創(chuàng)建,布局和訪問的過程.

3.3.1 對(duì)象的創(chuàng)建

Java是一門面向?qū)ο蟮恼Z言,在運(yùn)行過程中無時(shí)無刻都有對(duì)象的創(chuàng)建,在語言層面,僅僅是一個(gè)關(guān)鍵字new,那么在虛擬機(jī)中,對(duì)象是如何創(chuàng)建出來的呢?

① 檢查類是否已經(jīng)被加載:虛擬機(jī)遇到 new 指令時(shí)，首先檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過。如果沒有，執(zhí)行相應(yīng)的類加載。

② 為新生對(duì)象分配內(nèi)存:類加載檢查通過之后，為新對(duì)象分配內(nèi)存(內(nèi)存大小在類加載完成后便可確認(rèn))。

如果堆內(nèi)存絕對(duì)規(guī)整,使用指針碰撞.否則使用空閑列表,找到一塊足夠大的內(nèi)存劃分給對(duì)象實(shí)例.

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堆內(nèi)存是否規(guī)整,主要是看GC回收了內(nèi)存之后是否包含壓縮或者整理功能.如果有,那么內(nèi)存就比較規(guī)整.否則如果沒有,創(chuàng)建對(duì)象就需要采用空閑列表的方式.

比如:

serial,ParNew等帶有整理的收集器,可以使用指針碰撞.

CMS使用簡單清除的算法,可以使用空閑列表.

如果線程支持在堆中都有私有的分配緩沖區(qū)(TLAB)，這樣可以很大程度避免在并發(fā)情況下頻繁創(chuàng)建對(duì)象造成的線程不安全。

③ 內(nèi)存空間分配完成后會(huì)將整個(gè)空間都初始化為零值(不包括對(duì)象頭).

④ 接下來就是填充對(duì)象頭，把對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對(duì)象的哈希碼、對(duì)象的 GC 分代年齡等信息存入對(duì)象頭。

⑤ 執(zhí)行 new 指令后,執(zhí)行 init 方法(由字節(jié)碼指令invokespecial決定,執(zhí)行初始化方法)后,才算一份真正可用的對(duì)象創(chuàng)建完成.

3.3.2 對(duì)象的內(nèi)存布局

在上文中,我們講到一個(gè)步驟是,填充對(duì)象頭.那什么是對(duì)象頭呢?

在 HotSpot 虛擬機(jī)中，對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局可以分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭(Header)、實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)和對(duì)齊填充(Padding).

對(duì)象頭(Header)：

包含兩部分，第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時(shí)間戳等,根據(jù)不同的系統(tǒng)為數(shù)固定大小.官方稱為 ‘Mark Word’。第二部分是類型指針，即對(duì)象指向它的類的元數(shù)據(jù)指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。另外，如果是 Java 數(shù)組，對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因?yàn)槠胀▽?duì)象可以通過 Java 對(duì)象元數(shù)據(jù)確定大小，而數(shù)組對(duì)象不可以。

實(shí)例數(shù)據(jù)(Instance Data)：程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容(包含父類繼承下來的和子類中定義的)。

對(duì)齊填充(Padding)：不是必然需要，主要是占位，保證對(duì)象大小是某個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍。

3.3.3 對(duì)象的訪問定位

使用對(duì)象時(shí)，通過棧上的 reference 數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對(duì)象。

由于java虛擬機(jī)只規(guī)定要一個(gè)執(zhí)行對(duì)象的引用,而沒有規(guī)定以何種方式去定位.所以對(duì)象訪問方式取決于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn).主流的方式有兩種:

1.通過句柄訪問.Java 堆中會(huì)分配一塊內(nèi)存作為句柄池。reference 存儲(chǔ)的是句柄地址.

2.使用指針訪問.reference 中直接存儲(chǔ)對(duì)象地址.

比較：使用句柄的最大好處是 reference 中存儲(chǔ)的是穩(wěn)定的句柄地址，在對(duì)象移動(dòng)(GC)是只改變實(shí)例數(shù)據(jù)指針地址，reference 自身不需要修改。直接指針訪問的最大好處是速度快，節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷。如果是對(duì)象頻繁 GC 那么句柄方法好，如果是對(duì)象頻繁訪問則直接指針訪問好.

HotSpot使用第二種方式進(jìn)行對(duì)象訪問的.

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM运行时数据区和各个区域的作用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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