JVM内存管理

一.java程序运行过程

JDK,JRE,JVM 

JVM把我们的字节码翻译成机械能执行的机械码。

JRE除了包含JVM之外，还包含很多java的原生依赖库。

JDK除了包含JRE之外，还包含很多工具，比如javac工具。

.java文件是怎么被执行的

我们的.java文件会被jdk里面的javac工具编译成.class文件，最后在JVM中通过类加载器加载，交给执行引擎来执行，执行有两种方式，一种是通过字节码解释器解释执行，一种事通过JIT编译器执行。

解释执行：JVM是C++语言写的，我们在java语言中new出一个对象，JVM的字节码解释器会帮我我们自动解释成C++，最后new出一个对象。

 解释执行缺点：经过JVM的翻译，速度慢一点。

如果一个方法，一段代码循环次数达到一定次数后，会通过JIT执行(hotsport)。

JIT就是直接把java代码翻译成汇编码(放在JVM的codecache里面)，不需要经过解释器处理，好处是比较快，坏处是要对代码进行提前翻译，编译速度会比较长。

JVM的跨平台性：我们写一个类可以在不同的平台运行(windows,linux,android)。并不是说所有平台安装的是一个JVM，官网上对不用操作系统做了不同的JVM包适配。

JVM的语言无关性：与上层使用什么语言无关，只要最后生成的.class文件符合JVM的语法规范就行。

二.运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

运行时数据区：JVM把它管理的内存区域虚拟化后就是运行时数据区。

直接内存(堆外内存)：假如手机内存是8G，JVM虚拟化后的运行时数据区是5G，还有3G内存是JVM没有虚拟化的，但是在Java里面可以通过某个方法区申请这块内存，使用后需要释放。这块内存就叫直接内存，也叫堆外内存。

运行时数据区按类型区分可以分为线程私有区域和线程共享区域。

线程共享区

方法区和堆

方法区存储信息主要：类型信息，域（Field）信息，方法（Method）信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码缓存(JIT的缓存)。

在java加载类的时候，第一步就是：Java 虚拟机会根据类的全限定名（Package + Class Name）加载 .class 文件，生成对应的二进制字节码，并将其存储在方法区中。在加载阶段之前，Java 虚拟机会先检查该类是否已经被加载过，如果已经被加载过，则不会再加载该类。

public class ObjectAndClass {

    //静态变量，存储在方法区里面
    static int age = 18;
    //常量，存储在方法区里面
    final static int sex = 1;
    //成员变量，是一个对象，存储到堆里面，但是person引用存储在栈里面，Person类型存储在方法区里面
    Person person = new Person();
    //成员变量，基础数据类型，分配在堆里面
    private boolean isRight;

    /**
     * 引用类型总是被分配到“堆”上。不论是成员变量还是局部
     * 基础类型总是分配到它声明的地方：成员变量在堆内存里，局部变量在栈内存里。
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        //局部变量，但是是个对象，存储在堆上，但是person引用存储在栈里面，Person类型存储在方法区里面
        Person person1 = new Person();
        //局部变量
        int x = 8;
        //局部变量
        String a = "aaa";
        //局部变量(对象)
        ObjectAndClass objectAndClass = new ObjectAndClass();
        objectAndClass.isRight = true;

    }

    static class Person {
        private int age;

        public int getAge() {
            return age;
        }

        public void setAge(int age) {
            this.age = age;
        }
    }
}

  * 引用类型总是被分配到“堆”上。不论是成员变量还是局部
  * 基础类型总是分配到它声明的地方：成员变量在堆内存里，局部变量在栈内存里。 

方法区具体存储什么可参考：Java虚拟机（JVM）的方法区(Method Area)存储了什么内容？_jvm方法区存放什么-CSDN博客

java类的加载顺序：

Java 类的加载顺序 - 我爱学习网 (5axxw.com)

线程私有

虚拟机栈

每次启动一个线程，就会为当前线程创建一个虚拟机栈。

虚拟机栈：存储当前线程运行java方法所需的数据，指令，返回地址。

大小限制：-Xss

public class MethodAndStack {

    public static void main(String[] args) {
        A();
    }

    public static void A(){
        B();
    }

    public static void B(){
        C();
    }

    public static void C(){
    }
}

现在我们看到上诉代码，当我们启动这个程序，会为当前的线程创建一个虚拟机栈。这个虚拟机栈中存储当前线程运行java方法所需的数据，指令，返回地址。

当我们执行到main方法的时候，会往当前虚拟机栈中压入一个栈帧。

当我们执行main的时候，会跳入A方法，又往虚拟机栈里面压入A方法的栈帧。A方法有调B方法，又会往虚拟机栈里面压入B方法的栈帧。B方法最后调用C方法，会往虚拟机栈里面压入C方法的栈帧。

如果C方法执行完毕，C方法的栈帧从虚拟机栈里面退出；B方法，A方法，main方法执行完后，对应的栈帧都要从虚拟机栈里面退出。

栈溢出：如果我在A方法里面调用A方法，形成死递归的话，就会一直往虚拟机栈里面压入A方法的栈帧。栈帧会有一定的大小，当数量足够多的时候，虚拟机栈的内存就会不够，造成栈溢出。(方法调用层次太深也有可能)

栈帧

虚拟机栈：存储当前线程运行java方法所需的数据，指令，返回地址。

程序计数器：指向当前线程正在执行的字节码的地址。

栈帧：包括局部变量表，操作数栈，动态连接，完成出口。

我们先写一个Person类：

public class Person {
    public int work()throws Exception{
        int x =1;
        int y =2;
        int z =(x+y)*10;
        return z;
    }

   
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Person person = new Person();
        person.work();
        //方法属于本地方法 ---本地方法龙
        person.hashCode();
    }
}

我们知道当执行到work方法的时候，会往当前线程的虚拟机栈压入一个栈帧，我们来看一下work方法执行的过程，栈帧里面都干了什么。

我们知道JVM执行的是.class文件，所以我们先找到.class文件。

 我们cmd到这个文件夹目录下，然后执行javap -v Person.class，生成的就是字节码：

 

 里面的Constant pool是静态常量池。

可以看到为我们自动生成了一个Person的构造方法，除此之外还有一个work方法，一个main方法。(就算我们自己不定义类的构造方法，字节码里面也会自动帮我们生成一个)

我们这边重点来看work方法里面的代码：

这些代码是什么意思呢？执行这些方法的时候，栈帧又会怎么变化？

我们看到最前面有0,1,2,3等等，这些是字节码的地址，给程序计数器使用的。0后面的iconst_1表示需要内存new出一个int的常量并且把它压入操作数栈。

当执行到1：istore_1的时候，程序计数器里面的count变成1，istore_1表示把操作数栈栈顶的数据放倒局部变量表下标为1的地方。istore_1最后面的表示的是局部变量表的位置。

 让我们回到我们的java代码里面，我们int x =1;这一行代码，在字节码里面变成了 ：

          0: iconst_1

          1: istore_1

我们的x的值被存到局部变量表中了。

那我们就可以推导得到 

           2: iconst_2
           3: istore_2

这两行字节码，首先程序计数器的count变成2，然后在操作数栈里面压入一个2的常量，然后程序计数器的count变成3，最后把操作数栈栈顶的2移出到局部变量表下标为2的位置。

接下来我们java代码执行int z =(x+y)*10，我们的x和y已经定义出来了；查看字节码发现

        4：iload_1

        5：iload_2

这两行字节码的意思是把局部变量下标为1，局部变量下标为2的数据压入操作数栈中。

       6：iadd表示从操作数栈里面取两个数，出栈相加，把结果入栈。

7：bipush         10   这行字节码表示往操作数栈里面推入一个10，因为iconst命令只能压入-1到5的数字，大于5就压不动了，需要使用bipush来推入操作数栈。

接下来执行9：imul，我们可以推理出这个是把操作数栈里面的两个数字先取出来，然后做乘法，最后把得到的值重新压入操作数栈。

10：istore_3就是把位于操作数栈栈顶的30，移动到局部变量表下标为3的地方。这里也就是给z赋值。

因为我们定义的方法是有返回值的，所以接下来执行11：iload_3把局部变量表下标为3的数字压入操作数栈。

最后执行12：ireturn，带着操作数栈里面的30返回到main方法里面继续执行。

以上就是work方法在执行过程中栈帧的变化，但是为什么0到12中间少了一个8呢？

我们在cmd里面得到的是字节码的指令，0到12是针对work方法字节码的偏移量，有的指令比较大就会大于1行。所以我们程序计数器记录的是当前方法的偏移量。

完成出口：我们执行main方法的时候，拿到字节码也会看到和work方法一样的0...12，这表示的是字节码的行号(针对本方法的偏移量)。我们从main方法执行person.work()跳到work方法，假如person.work()的行号是3，跳转到work方法，work的栈帧的完成出口就是3。当work方法执行完成后，通过完成出口回到main方法相应的行数继续执行。

动态连接：与多态有关。

注意：程序计算器记录的东西可能会重复，因为我在main方法里面会记录0,1,2,3,4。当跳到work方法的时候也会记录0,1,2,3,4。但是没关系，虚拟机栈同时只会执行一个方法，只会执行一个栈帧。

程序计数器的作用：当CPU切到另外一个线程的时候，当前线程暂停执行，当回到当前线程的时候，可以从程序计数器记录的行号继续执行。

问题：匿名内部类使用局部引用为什么要用final？