JVM内存结构转



我一直尝试着用不一样的文字来写博客！原因很简单，你讲的知识书上都有，那么每个人为什么不选择看书而选择看你的博文来学习呢？因为书上的内容都是大片大片描述性的文字，对于jvm这块的知识，又是异常枯燥，但又不能不学习的硬骨头！这恰好也就能说明Head First系列的书籍为什么比较火的原因，每个人接收图形知识的速度往往比文字性的东西要快很多。今后我也会尝试用自己的特色来写博客，尽量能引起读者的兴趣，能从中学到东西，我就知足了！

今天的一点一滴探究JVM系列，打算复习一下jvm内存结构！至于学习这块知识的好处？一，从面试的角度来看，你了解jvm，并且java基础扎实，你才更有竞争力(因为我本人本科还没毕业，所以考虑问题经常从面试者的角度来考虑)。其二，提高你对java的理解，知道你创建的每一个对象，每一个变量，都在什么地方，如果不知道这些稀里糊涂得写代码，总会有一天会”翻车”的！好了，废话不多说了，我们开始正题吧！

开始之前

Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的”墙”, 墙外的人想进去，墙内的人想出来。
或许你经常看到StackOverFlowError， OutOfMemoryError无从下手，因为你压根不知道，究竟是什么东西造成内存爆了，当然，你也无法解决！

举个简单的例子

public class test {
    private int f() {
        f();
    }
    public static void main(String[] args) {
        f();
    }
}

这个简单的递归，不对，它不算是递归，因为没有终止条件，但是你知道它最终会报什么错误，知道为什么会报这个错误吗？究竟是那块内存发生了错误?

这个问题，我们留在后面回答，是留在后面你自己解答，看完这篇博文，不用我说，这些问题你都会很清楚！相信我！

目标

你可能会好奇，你看完这篇文章你能学到什么?

• 清楚你的对象会被分配在哪里(不绝对)
• 理解哪些区域对线程来说是私有区，哪些区域是线程共享区域
• 知道方法调用发生了什么？
• …

等等等，你可能还会解释你以前遇到一些匪夷所思的问题！总之，你如果之前没了解过这些知识，那么这些东西对你来说，就是成长！

墙内的世界

你可能很好奇，墙内究竟是什么样？接下来跟着我一探究竟

上图就是jvm比较详细的内存划分，下面我们来按线程私有共享来划分jvm内存区

 

下面我们来着重介绍一下这几块内存区域

程序计数器(Program Counter Register)

什么是程序计数器呢，学过汇编的都知道，cs:ip组成的物理地址是下一条要执行的指令的地址，来吧！看图

我们可以很清楚的看到，当前cs:ip指向的内存地址恰好就是我们要执行的下一条指令的位置，前面我们图中(按线程私有共享划分jvm内存的图)又说了，程序计数器是线程私有的，再联想一下我举cs:ip的例子，我们可以很自然的想到，程序计数器其实就是记录线程当前执行到了哪一条指令，因为什么要记录这个值呢？因为，如果我们有很多个线程，线程执行顺序又是不可预料的，假如某一时刻我们在执行线程A里面的指令，然后线程B又获得了cpu的资源，去执行去线程B的指令，假如再过了一段时间之后，A又获得了cpu的资源，想吃回头草，此时回到线程A执行，它不知道要执行线程A的哪条指令！这是没有程序计数器所形成的尴尬局面，但是有了线程私有的程序计数器，这个问题就不存在了，这就是程序计数器出现的原因，以及它的用处，我想你看完这段文字，应该已经对程序计数器这个概念完全理解了！

另外，我需要说明的一点是，程序计数器是Java虚拟机规范中唯一一个没有规定任何内存错误的区域！

虚拟机栈(Vm Stack)

线程私有，生命周期和线程相同

每个方法执行的时候都会创建一个栈帧(Stack Frame)的东西，栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。每个方法从调用开始到结束的过程，都对应这VmStack中的入栈出栈的过程！这也就能回答开头我们看到的那个问题了，很简单错误在单线程情况下肯定是StackOverFlowError，多线程下OutOfMemoryError(上图已经写得很清楚了)

解释：

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被调用的时候都会创建一个栈帧，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中从入栈到出栈的过程

 1  Java栈之 局部变量表 ：包含参数和局部变量

    局部变量表存放了基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向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。

例如，我写出下面这段代码：

package test03; 2
3 /** 4 * Created by smyhvae on 2015/8/15. 5  */
6 public class StackDemo { 7    
8     //静态方法
9     public static int runStatic(int i, long l, float f, Object o, byte b) {10         return 0;11 }12
13     //实例方法
14     public int runInstance(char c, short s, boolean b) {15         return 0;16 }17
18 }

上方代码中，静态方法有6个形参，实例方法有3个形参。其对应的局部变量表如下：

上方表格中，静态方法和实例方法对应的局部变量表基本类似。但有以下区别：实例方法的表中， 第一个位置存放的是当前对象的引用

2  Java栈之函数调用组成栈帧：

方法每次被调用的时候都会创建一个栈帧，例如下面这个方法：

public static int runStatic(int i,long l,float  f,Object o ,byte b){
       return runStatic(i,l,f,o,b);
}

 

当它每次被调用的时候，都会创建一个帧，方法调用结束后，帧出栈。如下图所示：

3  Java栈之操作数栈

Java没有寄存器，所有参数传递都是使用操作数栈

例如下面这段代码：

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

 

压栈的步骤如下：

　　0:   iconst_0 // 0压栈

　　1:   istore_2 // 弹出int，存放于局部变量2

　　2:   iload_0  // 把局部变量0压栈

　　3:   iload_1 // 局部变量1压栈

　　4:   iadd      //弹出2个变量，求和，结果压栈

　　5:   istore_2 //弹出结果，放于局部变量2

　　6:   iload_2  //局部变量2压栈

　　7:   ireturn   //返回

如果计算100+98的值，那么操作数栈的变化如下图所示：

   4Java栈之栈上分配：

小对象（一般几十个bytes），在没有逃逸的情况下，可以直接分配在栈上

直接分配在栈上，可以自动回收，减轻GC压力

大对象或者逃逸对象无法栈上分配

栈、堆、方法区交互：

• 堆(Heap)

堆区，是一块很有意思的区域，为啥有意思，因为这块区域是所有线程共享的，也是我们大部分的对象的聚居地(为啥说是大部分呢？这个概念我们之后的文章会进行详细的讲解，如果你特别好奇，可以看一下我之前的文章, Java逃逸分析)！也是jvm管理的最大一块内存(对了，上面的图的大小不代表内存占比，只是为了看着舒服而已)!也是gc开展工作的主要区域。

堆内存中分为一块区域，用于存储类信息，静态变量等等数据，这一块区域之前叫做方法区后面又叫永久带，之后改名叫做Meta-Area/Meta Space Area，元数据空间，名字不重要，我们要清楚这块区域是什么作用就行了！

Meta-Area

这块区域也是线程共享的区域，它主要存储jvm加载类的类信息，类变量，常量(这个在meta-area的常量区)，即时编译器编译后的代码等数据。

运行时常量区

这个区域是Meta-Area的一部分，用于存放编译器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。这在我们的上一篇博客有所涉及。

枯燥概念性的东西看完之后，我们来看一个例子，来加深一下这块的印象：

public void test() {
    Object obj = new Object();
}

对于这段代码会涉及Vm Stack、Java Heap、Meta-Area三个最重要的内存区域。

结合我们前面的例子，因为test()方法涉及到Vm Stack区，我想你应该明白，obj会存放在局部变量表中，new Object()，我们前面说过我们大部分的对象都会存储在Java Heap这个区域，所以，Java Heap存储了这个实例对象！那么你会很好奇，Meta-Area为啥会涉及到呢？

我们知道Meta-Area存储了类的信息，类变量常量等等东西！因为我们实例化Object对应的时候，要用到Object这个类的信息，所以它会访问Meta-Area的Object.class这个Class对象来获得一些实例化对象需要的东西。

对了，作为补充，我想你还需要知道, obj引用怎么你能访问到Java Heap区的那个实例化对象

有两种方式，一种使用过句柄指针(学过c/c++对这些概念应该会很熟悉)

还有一种就是通过指针直接访问

上图来自深入理解JVM一书

本地方法栈(Native Method Stack)

这块区域相对来说，没有前面几个概念重要。

该区域与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为使用到的本地操作系统（Native）方法服务。

比如Java调用c/c++/汇编就用到这块区域

结尾

我想你看完这篇博文，应该达到了我们文章开始之前的目标！这篇文章介绍的比较浅显，本着用例子来解释说明内存区域的作用，这样我想你会更容易接收，总比大片的文字描述让你更有兴趣！如果你有什么建议或者疑惑，可以通过GitHub联系我！