Java内存模型小析

之前看过一次周志明写的《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》但是看过之后很多东西就忘了如同失忆了一般，所以这次在看的时候做一个读书笔记，以后也便于复习。先奉上一副自己总结的小图：

Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：程序计数器(PC Register)、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区。栈大致包括：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈(HotSpop将Java虚拟机栈和本地方法栈合在了一起)。

程序计数器(PC Register)

程序计数器是一块比较小的内存空间。在Java虚拟机的概念模型中：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。这部分的内存区域是“线程私有”的。插曲：Java中线程的执行是通过CPU给线程分配CPU时间片来实现的。在任何一个确定的时刻，一个CPU都只会执行一条线程中的指令。多线程的执行简单点说就是CPU给每个线程分配一个时间片，当上一个线程分配的时间片结束了，下一个线程执行它所分配到的时间片，CPU这样不停的切换线程的执行。线程在切换前会保存上一个任务的状态，以便下次切换回这个任务时，可以再加载这个任务的状态，任务从保存到再加载的过程是一次上下文的切换，而程序计数器起的作用是线程切换后能恢复到正确的执行位置。

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈同样是线程私有的，它的生命周期和线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧(Stack Frame),用来存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从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入栈到出栈的过程。这里先简单的说一下局部变量表(详细的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息以后再开章节详细说明，迫不及待的同学请查阅周志明写的《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》第八章)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，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他于此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址).注意：局部变量表所需的内存空间是在编译期间完成分配的。当进入一个方法时，这个方法需要在栈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。

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈的作用是非常类似的，在HotSpot虚拟机中把这两部分合到了一起。本地方法栈和虚拟机栈的区别是：虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(即字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。

Java堆

Java堆是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。在Java虚拟机规范中：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。关于堆的内容可以分好几个章节来介绍，这个以后再细说。

方法区

方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域。它主要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。这里需要注意的是：很多人会称方法区为“永久代”，这里仅仅是针对于HotSpot虚拟机来说的。原因是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说是使用永久代来实现方法区，这样做的目的是为了HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，这样能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机(BEAJRockit、IBM J9等)是不存在有永久代的概念的。另外需要注意的是在JDK1.8之后永久代被元空间(MetaSpace)代替了。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，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进入方法区的运行时常量池中存放。需要注意的是：Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，在运行期间也可能将新的常量放入池中。例如调用String的intern()方法。

直接内存

直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域(它的产生是由于JDK1.4中引入的NIO，NIO的东西是另一个复杂的话题)。它可以使用native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为它避免了在Java堆和native堆(称系统内存更好一点吧)中来回复制数据。

附上两张内存分配的图片:

内存分配1.png

内存分配2.png

参考：

周志明《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》第二章Java内存区域与内存溢出异常
关于MetaSpace的内容：
http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html
http://blog.csdn.net/zhyhang/article/details/17246223/
https://my.oschina.net/benhaile/blog/214159
https://dzone.com/articles/java-8-permgen-metaspace