Java程序员必会知识——JVM内存模型

JVM基本结构

JVM内存空间.png
JVM内存区域主要分为线程共享数据区域（方法区、堆）、线程私有数据区域（栈、本地方法栈、程序计数器（也可以叫PC寄存器））和直接内存。

概念介绍

方法区（线程共享数据区域）

主要存放JVM加载的类信息和运行时常量池

其中类信息包括：类型信息、类型的常量池、字段信息、方法信息、类变量、指向类加载器的引用、指向class实例的引用、方法表等。
运行时常量池：Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池 ，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中

注意：

• 在jdk7之前，HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区，即使用JAVA堆的永久代来实现方法区， 这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型 的卸载, 因此收益一般小)，所以一般来说永久代是方法区的实现，使得JVM可以像管理堆内存一样去管理方法区的GC机制。
• 在jdk8之后，永久代已经被移除，顶替的是元空间（MetaSpace），元空间与永久代类似，都是方法区的实现。主要区别是：元空间并不在JVM中，而是使用本地内存。

• 在jdk6之前，String类型的常量存储在方法区的常量池中；在jdk7之后，常量池移入到堆中。

  
  方法区.png

堆（线程共享数据区域）

1. 创建的对象和数组都保存在JAVA堆中
2. 垃圾收集器的主要工作空间
3. 所有线程共享JAVA堆
4. 由于现代GC算法主要是分代收集算法，所以JAVA堆也是分代的。可以分为：新生代（Eden区、From Survior区和To Survior区）和老年代

虚拟机栈（线程私有数据区域）

1. 栈由一系列帧组成，因此虚拟机栈也叫做帧栈
2. 帧保存一个方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口（返回地址）等信息
3. 每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应的一个帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程
4. 位于栈顶的栈帧称做“当前活跃栈帧”

栈.png

• 局部变量表：存放方法参数和方法内的局部变量
• 操作数栈：

操作数栈eg.png

• 动态链接：每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(Dynamic Linking)
  一个方法调用另一个方法，或者一个类使用另一个类的成员变量时，需要知道其名字。符号引用就相当于名字，这些被调用者的名字就存放在Java字节码文件里（.class 文件）。名字是知道了，但是Java真正运行起来的时候，如何靠这个名字（符号引用）找到相应的类和方法，需要解析成相应的直接引用，利用直接引用来准确地找到。
• 方法出口

方法出口描述.png

本地方法栈（线程私有数据区域）

本地方法区和JAVA栈作用类似, 区别是虚拟机栈为执行Java方法服务, 而本地方法栈则为 Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Native方法：是Java通过调用其他语言实现的方法。在JVM层面，是Java通过JNI直接调用本地C/C++库，可以认为是 Native 方法相当于 C/C++ 暴露给 Java 的一个接口，Java 通过调用这个接口从而调用到 C/C++ 方法。（JNI和JNIEnv又是什么关系呢？）

程序计数器（线程私有数据区域）

1. 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的 程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。
2. 正在执行Java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如 果还是Native方法，则为空。
3. 这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。