JVM系列之内存结构运行时数据区

布朗大学（美国）校训：“我们信赖上帝。”

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转眼已进入深秋，在书房里听听歌写写文章，蛮舒服惬意的事情！

继续聊jvm系列，上两节聊了class文件结构和类加载机制，接下来聊聊面试的高频点，jvm的内存结构模型，及实战中对运行时数据区的理解，闲话不多说，先来一张图吧，请阅：

内存结构规范.png

这张图基本把前面讲的也一起串起来了，先是静态编译把源码编译成class字节码文件，再通过加载器加载进内存，接下来就进入了运行时数据区域了，这块即是jvm内存结构规范，把此区域划分为堆/方法区/栈区（本地方法栈/虚拟机栈/程序计数器），其中栈区为线程私有，堆和方法区为线程共享。接下来就重点讲解下这几个区域：

一 Java堆（Heap）

这个大家估计耳熟能详，随口便说是放置new对象的地方，没错，主要是存储对象实例，几乎所有的对象实例都在这个区域分配内存。看到这里估计有朋友问了，那是不是有的对象实例不是在堆上分配的，jvm还真提供了，是否听说过栈上分配和TLAB，栈上分配是为了减少gc的压力，因为随栈弹出而释放并不会出发gc，TLAB则是优化对象实例在堆中并发分配的效率，具体详细可自行百度了解，这里放一张对象分配图，摘自实战Java虚拟机一书中：

对象分配.png

堆是jvm管理内存最大的一块，是线程共享的一块区域，在jvm启动时创建；可能有些同学经常遇到OOM（OutOfMemoryError）异常，这里考大家一题，如何模拟OOM？
很简单，首先设置下jvm参数（-Xms 1m -Xmx 2m），然后在main函数初始化一个大的数组即可浮现。

二 方法区（Method Area）

与堆一样，也是被线程共享的区域，同样会出现OOM（OutOfMemoryError）异常，此区域主要存储如下信息：
1/已被虚拟机加载的类信息，即元数据；
2/静态变量和常量，这里维护一个运行时常量池；
3/JIT（即时编译）后的代码，这个上节有提到过；
这里，分享一个常考的面试题：

/**
     * @author 阿伦故事
     * @Description：
     *  小试牛刀
     * */
    public static void main(String[] args) {
        String s = "1"+"2"+"3";// 1 这里创建了几个对象？
         
        String s1 = "allen story";// 2 
        String s2 = new String("allen story");// 3 这里创建了几个对象？
    }
    /**
     * 分析如下：
     * 1处只创建了一个对象，即“123”在运行时常量池，栈中引用s直接指向常量池
     * 3处也只创建一个对象，即在堆中new了一个对象实例，“allen story”在2处已
     * 经在运行时创建，堆中对象直接存储该指向即可。
     * */

三 程序计数器（Program Counter Register）

了解jvm内存结构规范的朋友们，肯定脱口而出，pc用于记录所属线程所执行的字节码的执行行号，没错，有多少朋友理解这个意思？如果了解寄存器的话，那就容易很多，cpu执行的指令就是从指令寄存器取的，而pc就是用于存储下一条指令的偏移地址。当然，pc是线程私有的，存储的自然所属线程的指令地址。
唯一一个在JVM规范中没有规定任何OutOfMemoryError的区域。
如何理解？
很简单，pc只存储下一条指令的地址，并不会随着指令量级的增长而增长。

四 栈（Stack）

栈分为本地方法栈和虚拟机栈，顾名思义，一个是用于native方法的，栈的特性是先进后出，这也是递归调用的逻辑。栈是线程私有的，每启动一个新线程时，jvm都会为它分配一个Java栈，以栈帧为单位保存线程的运行状态。
虚拟机只会对Java栈执行两种操作：以栈帧为单位的入栈或者出栈。
这里也容易出现一个异常，StackOverflowError，如何模拟？
理解了就很容易，超过了栈深度不就异常了嘛？
只需要写个递归调用，无返回不退出，一直调用无退出条件，那不就一直在入栈而不弹栈，那不栈溢出了嘛？另可通过测试得知jvm为每个线程分配的内存默认是1M，具体可测试下，即jvm参数（-Xss 1m）。
栈在jvm内存结构中非常重要，我们有必要详细了解它的组成部分，由基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)组成，只是保存基本类型数据和自定义对象的引用，即堆中实例对象的地址或偏移地址。

五 小结

介绍了jvm内存结构划分，稍稍总结下重点区域，堆/方法区/栈之间的关系（如图），以一个例子串下类的加载/分配与执行。

内存结构关系.png

Sample：

/**
     * @author 阿伦故事
     * @Description：
     *  jvm执行流程
     * */
    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
         person.sayHello();
    }
    /**
     * 流程如下：
     * 上述很简单，就是main主线程创建一个person对象实例，调用其sayHello方法
     * 1/先去方法区寻找Person类的元数据信息；
     * 2/如果找不到，Classloader加载Person类信息存储内存方法区；
     * 3/在堆中创建Person对象，并持有方法区中Person的元信息的引用；
     * 4/把引用变量person添加到栈中，指向堆中的内存对象Person实例；
     * 5/执行person.sayHello()时，JVM根据person定位到堆空间的Person实例；
     * 6/根据Person实例持有的方法区引用，获取Person元信息与sayHello方法执行字节码。
     * */

执行流程.png

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特此声明：
分享文章有完整的知识架构图，将从以下几个方面系统展开：
1 基础（Linux/Spring boot/并发）
2 性能调优（jvm/tomcat/mysql）
3 高并发分布式
4 微服务体系
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