双非本科准备秋招（8.2）——JVM1

第一天系统学习JVM！今天学了JVM是什么，学习JVM的作用，运行时的数据区域（重点），内存溢出。明天学GC。

运行时数据区域

整体认识

JDK1.7 JDK1.8

先写一下每个线程私有的三个数据区，分别是程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈。

然后再写一下堆和方法区（概念，1.7的实现是永久代，1.8的实现是元空间）

程序计数器

作用：

1、记住下一条jvm指令的执行地址，一个线程的运行就是在它的程序计数器的变化下推动的。

2、字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。

3、多线程环境，线程来回切换时，线程自身的程序计数器能记住线程执行指令的位置。

特点：

1、是一块很小的内存空间，运行速度最快的存储区域。

2、线程私有，每个线程都有自己的程序计数器。

3、唯一的JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的区域，因为它存储的是地址，占用内存小，几乎可以忽略不计。

虚拟机栈

概念

每个线程的创建的时候都会创建一个虚拟机栈，线程私有的，其实就是线程运行时需要的内存。

每个栈内由栈帧（Stack Frame）组成，实际上就是一个个java的方法，每个线程只能有一个活动栈帧（当前栈帧），就是只能执行当前一个方法。

内存溢出（爆栈）

1、如果线程请求的栈深度大于JVM允许的深度，抛出StackOverFlowError。比如无限递归。

2、如果栈扩展时无法申请足够的内存，抛出OutOfMemoryError异常

栈帧及其结构

方法调用的数据需要通过栈进行传递，每一次方法调用都会有一个对应的栈帧被压入栈中，每一个方法调用结束后，都会有一个栈帧被弹出。return指令和抛出异常会使当前栈帧被弹出，继续执行下一个栈帧。

本地方法栈

本地方法在java中被native关键字修饰，可以看到本地方法没有方法体，它并不是java语言编写的，而本地方法栈就是为虚拟机使用Native方法服务的。HotSpot虚拟机（Oracle维护的java虚拟机，JVM只是一种规范，遵循JVM规范实现的java虚拟机有很多）中，本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

我们用的Object类的clone、hashCode、notify、wait都是本地方法。

堆

概念

内存最大的区域，用来存放对象实例，几乎所有对象实例和数组在此分配内存。

为什么说几乎？见以下引用：

Java 世界中“几乎”所有的对象都在堆中分配，但是，随着 JIT 编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。从 JDK 1.7 开始已经默认开启逃逸分析，如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用（也就是未逃逸出去），那么对象可以直接在栈上分配内存。

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著作权归JavaGuide(javaguide.cn)所有 基于MIT协议 原文链接：https://javaguide.cn/java/jvm/memory-area.html

java堆是GC管理的区域，垃圾会分为各种代，分代的目的是为了优化GC性能。

内存溢出

可以用-Xmx和-Xms控制堆的大小。

如果堆满了，会抛出OutOfMemoryError

方法区

概念

JVM并未规定方法区的实现，所以不同虚拟机中的实现都不相同，HotSopt虚拟机，简单来说，JDK1.7的实现是永久代，存在堆内存，JDK1.8彻底放弃了永久代，改为元空间，存在操作系统的内存中。

虚拟机要使用类的时候，会解析*.class文件获取信息，然后将信息存入方法区，方法区保存类信息、字段信息、方法信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

常量池

java堆中的字符串常量池，用来保存字符串对象。

看一下test类反编译后的class文件，可以看到编译器给它加了个无参构造，并且合并了"a"+"b"

在终端执行java -v *.class命令，可以反编译，查看详细信息。

这个Constant Pool就是我们的常量池，#1等是每个字面量的地址

往下看可以看到JVM指令：

ldc命令判断常量池是否保存了对应字符串对象的引用，保存了就返回，没保存就在堆中创建字符串对象，并且将该字符串对象的引用保存到常量池中。

常量池中的信息会被加载到运行时常量池，但是一开始这些字符只是常量池的符号而已，还不是真正的java字符串对象，等到执行ldc #2这条命令的时候，才会创建字符串对象"a"。

运行时常量池

方法区的一部分，存放常量池表。

如下问题，继续加深对String的理解。

        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "a" + "b";
        String s4 = s1+s2;
        String s5 = "ab";
        String s6 = s4.intern();

        System.out.println(s3 == s4);
        System.out.println(s3 == s5);
        System.out.println(s3 == s6);

        String x2 = new String("c") + new String("d");
        x2.intern();
        String x1 = "cd";
        
        System.out.println(x1 == x2);

答案是false；true；true；true；

s3==s4？

s1+s2做了什么？我们看看反编译后的jvm指令。

这里就能清晰地看出，new了一个StringBuilder对象，调用append方法，最后调用toString返回了String对象，并没有使用ldc指令，所以这个String对象创建在堆内存，不在常量池中。所以s3和s4指向不同的地址。

s3==s5？

很明显相等，都执行ldc指令，二者都是常量池中"ab"的地址。

s3==s6？

intern()方法做了什么？

这是个native方法，jdk1.8中，将这个字符串对象尝试放入常量池，如果有不放入；如果没有则放入，并且返回常量池中的对象。

所以s3和s6都指向常量池的对象，相等。

s1==x2？

    String x2 = new String("c") + new String("d");
    x2.intern();
    String x1 = "cd";

常量池一开始没有"cd"，x2.intern在常量池中创建了"cd"并返回它的地址，所以x1==x2.

那如果颠倒一下呢？

    String x2 = new String("c") + new String("d");
    String x1 = "cd";
    x2.intern();

执行x2.intern，发现常量池中已经有了"cd"，于是啥都不做，所以x1!=x2

但是注意JDK1.7的intern有所不同，再执行s.intern()时，会先拷贝一份s对象，然后放入常量池，返回常量池对象，如果没有也是啥也不干。

所以要是JDK1.7的话，那么下面就是false了，因为x2执行intern，intern返回的值不是给x2，而是拷贝出来的x2，原x2还是堆内存中的String。

    String x2 = new String("c") + new String("d");
    x2.intern();
    String x1 = "cd";

今天学习JVM让我对String的理解真的通透了！

本地内存和直接内存

可以这么表示:JAVA程序内存 = JVM内存+本地内存（元空间+直接内存）

本地内存(NativeMemory)：并不属于虚拟机运行时数据区，而是本机的物理内存，只有申请内存超过本机物理内存才会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存(Direct Memory)：JDK1.4加入了NIO（new input/output），可以通过存储在java堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用操作，提高性能。