深入JVM9 运行时数据区

1. 运行时数据区

包括：PC 寄存器、Java虚拟机栈、Java堆、方法区、运行时常量池、本地方法栈

1.1 PC(Program Counter)寄存器（线程私有）

程序计数器（线程私有）:就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址，也即将要执行的指令代码）由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。
1：每个线程拥有一个PC寄存器，是线程私有的，用来存储指向下一条指令的地址
2：在创建线程的时候，创建相应的PC寄存器
3：执行本地方法时，PC寄存器的值为underfined
4：是一块较小的内存空间，是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的内存区域

1.2 Java虚拟机栈（线程私有）

Java线程执行方法的内存模型，一个线程对应一个栈，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息）不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就释放，生命周期和线程一致

• 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型，每个slot存放32位的数据,long、double占两个槽位
• 栈的优点: 存取速度比堆快，仅次于寄存器
• 栈的缺点:存在栈中的数据大小、生存期是在编译期决定的，缺乏灵活性

image.png

1.3本地方法栈（线程私有）

登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库

1.4. Java堆内存(线程共享)

Java堆用来存放应用系统创建的对象和数组，所有线程共享Java堆
Java堆是在运行期动态分配内存的大小，自动进行垃圾回收

GC主要就管理堆空间，堆分代GC来说，堆也是分代的
堆的优点: 运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收
堆的缺点: 效率相对较慢

1.5 方法区(线程共享)

类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池都存在方法区中，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。

• 通常和元空间关联在一起，但具体的跟JVM实现和版本有关

1.6运行时常量池：

是Class文件中每个类或接口的常量池表，在运行期间的表示形式，通常包括：类的版本、字段、方法、接口等信息

• 在方法区中分配
• 通常在加载类和接口到JVM后，就创建相应的运行时常量池

2. 栈、堆、方法区的交互关系

2.1对象的访问定位

在JVM规范中只规定了reference类型是一个指向对象的引用，但没有规定这个引用具体如何去定位、访问堆中对象的具体位置

因此对象的访问方式取决于JVM的实现，目前主流的有：使用句柄或使用指针两种方式

image.png

HotSpot是使用指针的方式来访问对象

Java堆中会存放访问类元数据的地址
reference存储的就直接是对象的地址

image.png

3 Java堆的结构

• 新生代用来放新分配的对象；新生代中经过垃圾回收，没有回收掉的对象，被复制到老年代
• 老年代存储对象比新生代存储对象的年龄大得多
• 老年代存储一些大对象
• 整个堆大小 = 新生代 + 老年代
• 新生代 = Eden + 存货区
• 从前的持久代，用来存放Class、Method等元信息的区域，从JDK8开始去掉了，取而代之的是元空间(MetaSpace),元空间并不在虚拟机里面，而是直接使用本地缓存

4 对象的内存布局

• 对象在内存中存储的布局(这里以HotSpot虚拟机为例来说明)，分为：对象头、实例数据和对齐填充

• 对象头，包括两个部分：
  （1）Mark Word：存储对象自身的运行数据，如：HashCode、GC分代存储、锁状态标志等。
  （2）类型指针：对象指向它的类元数据的指针

• 实例数据
  真正存放对象实例数据的地方

• 对齐填充
  这部分不一定存在，也没有什么特别含义，仅仅是占位符。
  因为HotSpot要求对象起始地址都是8字节的整数倍，如果不是，就对齐，