java内功修炼基础篇之---JVM
前言
：在刚开始学习Java时，仅仅满足于学会使用Java的一些基本语法就已经很满足了。
随着时间的推移，发现只会使用Java的基本语法已经不能满足一些应用场景和并发需求了
于是便开始研究JVM内部的一些知(zi)识(shi)
今天我们就来说说JVM的一些浅显常识
Chapter 1: 什么是Java虚拟机 -- JVM
引用百度解释先：
虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。
非常抽象的解释，说得简单点，JVM就是一个应用程序，你所写的Java代码，可以被这个JVM应用程序编译运行。JVM在各大操作系统都有相应的版本，以至于你写的Java代码，不管在Windows的JVM上，还是Mac的JVM都可以顺利运行，不受平台影响。就像QQ(若有侵权，立即删除)一样，你在Windows上用QQ发消息，总不能你的朋友在Mac的QQ上就收不到这条消息了吧？所以虽然内部的调用操作系统不同，但是我们并不关心，只要JVM在这个操作系统上有相应的运行版本，我们编写的Java代码就能在这个操作系统上运行。当然，前提是你的当前操作系统已经安装了Java运行环境
完全可以把JVM理解成为一个运行你的Java代码的应用程序即可。
HotSpot VM，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。
Chapter 2: JVM内存划分
先上图
一张英文图，一张中文图，表达的意思是一样的。
首先，我们程序员来编写.java的文件。紧接着在运行的时候，.java文件会被java编译器(javac.exe)，编译成为.class文件，而我们JVM虚拟机，能运行的正是这些.class文件，JVM并不能运行.java文件。
当得到.class文件后，jvm的类加载器便会加载这些.class文件，并将加载过后的结果，交给执行引擎(execution Engine)来运行。
但是在运行的过程中，JVM会在内存中开辟一块空间，用于记录运行时产生的一系列数据，这一块内存中的空间被称为运行时数据区(Runtime Data Area)，也就是我们常说的JVM内存，我们一直讨论和研究的，也就是这一块区域
有的仔细看图的兄弟就会发现，图一中还有几个东西没有讲到
比如：garbage Collection（垃圾回收器）、JNI、Native Library
垃圾回收器我们会放到后面来讲。所谓JNI(Java native interface)就是Java用来调用其他语言的一套标准，你可以使用JNI来实现本地方法(Native Method)，并且在Java中调用他们，实现Java和其他语言的交互(例如:C,C++等)。Native Library就是本地方法库
现在我们对JVM内存的由来，已经有一定的理解，接下来我们就来剖析这个所谓的JVM内存
老规矩，先上图
接下来我们将对这五个部分做一个详细的讲解
接下来这一段某些部分，摘抄自深入理解Java虚拟机的第2章内容
本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字
节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的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Sun 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。
大白话就是一个用来存储非Java方法的一块内存区域
程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟
机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取
下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 由于Java虚拟机的多线
程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内
核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条
线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器
记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个
在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
大白话就是Java代码在CPU中执行，但是CPU执行着执行着，就不知道该执行哪一行代码了，那么久靠这玩意儿来指定位置
Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java
方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口
等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分
方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的内存区域是这两块。其中所指的“堆”在后面会专门讲述，而所指
的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用
（reference类型），它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的
句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存
空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改
变局部变量表的大小。 在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出
StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的
虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
栈是一个先进后出的数据结构，JVM会为每一个线程都创建一个独立的栈，栈与栈之间，是数据是相互独立的。
栈中存放的是一个一个的栈帧，每个栈帧包括：局部变量表，操作数栈，运行时常量池的引用，方法返回地址，附加信息
局部变量表：函数形参、方法中的非静态变量(对象的引用、基本数据类型)
操作数栈，程序中所有的运算都是在这里
指向运行时常量池的引用，因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量，所以必须要有一个引用指向运行时常量。
方法返回地址，当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。
当线程调用一个方法的时候，就会创建一个栈帧，并且进行压栈操作。方法执行完毕后出栈。由此可知，线程当前执行的方法一定是在栈顶的。到这里大家应该明白了，为什么递归的时候，一个不注意就会栈溢出了，因为每一次方法调用都会产生一个栈帧，栈帧会消耗内存，当到达内存的极限时，就溢出了。栈这部分空间对程序员而言是不透明的，完全由系统自动实施。
Java堆
对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好国内没翻译成“垃圾堆”）。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。不过，无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。在本章中，我们仅仅针对内存区域的作用进行讨论，Java堆中的上述各个区域的分配和回收等细节将会是下一章的主题。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
大白话就是这个地方存的都是new出来的对象
方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。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。
对于习惯在HotSpot虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概念的。即使是HotSpot虚拟机本身，根据官方发布的路线图信息，现在也有放弃永久代并“搬家”至Native Memory来实现方法区的规划了。
Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出现过的若干个严重的BUG就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。 根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。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（Constant Pool Table），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。 Java虚拟机对Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。 既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
大白话就是
方法区就是存class的信息、static静态变量的地方
而运行时常量池，原先是方法区的一部分，后来在JDK1.7之后，被划分到堆里面去了，主要存基本常量、字符串的地方。
方法区中的东西永远不会被垃圾回收期回收，当常量池被移到堆里面去了之后，会适当被回收了。
常见面试题
String str = new String(“xyz”); 产生几个对象？一个或两个，如果常量池中原来没有”xyz”,就是两个。
str只是对象的引用，不算对象
结束语：
JVM的内存模型大致就是这样，理解起来需要费点时间，但是对于我们理解Java的运行流程非常有帮助
这一期引用了很多的文献资料(老脸一红)，如果还有想要深入了解JVM的伙伴，可以阅读这本书 -- 深入理解Java虚拟机
这本书对JVM虚拟机进行了深入的剖析和讲解，但是JDK1.8之后，无论是Java的很多源码还是虚拟机内部都做了很多的变化，学无止境学无止境。。。。
下一次将针对JVM的垃圾回收机制以及部分常用垃圾回收算法来做一个文章，欢迎关注。