jvm运行时数据区的理解

前言

对于java学习来说，若是只会实现一些简单的CRUD肯定是不够的，想要理解和深入学习java肯定还是药理解一下底层实现，jvm的机制和原理是很好的学习内容，所以读了《深入理解java虚拟机》。
读完后感觉还是不够，所以打算在写下笔记的时候巩固已学内容，和查漏补缺。

1、jvm的运行时数据区域

java的运行时数据区域：

1.1、程序计数器

记录正在执行的字节码指令地址。

1.2、java虚拟机栈

执行java方法时会除非黄健一个栈帧，栈帧拥有自己的局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址灯信息。
局部变量表：存储基本类型，引用类型，返回地址。
操作数栈：虚拟机执行指令时从这里弹出数据进行运算。

1.3、本地方法栈

与虚拟机栈类似，不过执行的是本地方法，有的虚拟机则直接把虚拟机栈和本地方法栈合二为一了（如Sun HotSpot虚拟机）。

1.4、java堆

这是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区域，在虚拟机启动时创建。此内存的唯一作用是存储类的实例，几乎所有的对象实例都在此分配内存（这是由于标量替换、栈上分配等技术的出现，所以说几乎所有）。

java堆是垃圾回收器管理的主要区域，一般分为新生代和老年代，再细分可分为新生代中的eden区，From Survivor，To Survivor空间等，这样划分也是为了更好的进行垃圾回收。

新生代

此内存区域满时会触发minor GC，minor GC最常用的算法是复制收集算法。有数据表明新生代中的对象绝大部分是朝生夕死的，此时使用复制算法会浪费很多空间，为了更好的利用空间将新生代分为eden、To Survivor和From Survivor，将新生代的空间分为三个区域。当进行垃圾回收时，将一个survivor中的内容复制到另一个survivor中，为了延缓老年代的填充，同时避免空间碎片化，两个survivor交替使用，总有一个为空。
为了空间利用率，survivor的空间是比eden小的，但如果minor GC后存活的对象总内存大于survivor空间的大小（极端情况下全部存活），那么就需要老年代进行空间分配担保，把survivor无法容纳的对象直接放入老年代。但老年代进行担保也得有足够的空间，但所要放入的对象总内存是不知道的，所以只能根据之前每一次晋升到老年代对象内存大小的平均值，与老年代剩余空间进行比较来考虑是否需要full GC来让老年代腾出空间。这样只是一种折中的办法，要是某次担保存不下，则在进行full GC的同时还白白绕了圈子，可以通过虚拟机参数HandlerPromotionFailure来设置是否需要绕这个圈子。

1.5、方法区

存储加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码，方法区是一个jvm规范，之前称为永久代，1.8后就没有永久代了，称为元空间，并把方法区移到了元空间中，位于本地内存（native memory）中，并把静态变量和常量池等放入了堆中。

本地内存（native memory）

• 管理java heap的状态数据（用于GC）
• JNI调用，也就是Native Stack
• JIT（即时编译器）编译时使用Native Memory，并且JIT的输入（java字节码）和输出（可执行代码）也都是保存在本地内存中
• NIO direct buffer。对于IBM JVM和HotSpot，都可以通过-XX：MaxDirectMemorySize来设置nio直接缓冲区的最大值。默认是64M，超过此值时会按照32M自动增大。
• 对于IBM的JVM某些版本实现，类加载器和类信息都保存在本地内存中。
• 本地内存的大小依赖于系统分配给进程的内存大小

1.8、常量池

运行时常量池和class文件常量池经常容易搞混，所以放在一起比较。

1.8.1、运行时常量池

平常说的常量池指的就是运行时常量池，是方法区的一部分，包括了字面量和（文本字符串，被声明为final的常量值，基本数据类型的值，等）符号引用（包括了类的结构和全限定名，字段名称和描述符，方法名称和描述符）。

1.8.2、class文件常量池

包含了字面量，符号引用，并在类加载时载入运行时常量池。

2、对象访问

jvm规范中只规定了reference是一个指向对象的引用，并没有定义此类型要如何实现。主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。

• 使用句柄方式则会在java堆中划分出一部分内存作为句柄池，引用中存储的是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和数据类型各自的具体信息，如下图所示。
  
• 使用直接指针就需要考虑如何存放类型信息，如下图所示。
  使用这两种方式各有优势，使用句柄访问的最大好处是引用中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时对象移动是很常见的）时只需要改变句柄指向实例数据的指针即可，引用本身不需要修改。
  使用直接指针的最大好处则是访问速度更快，因为省区了一次指针定位的开销，对于HotSpot而言使用的是直接指针进行对象访问。

部分图和内容源自：
《深入理解java虚拟机》