JVM入门学习之 runtime data area
本文主要参考了java6的jvm规范和java8的jvm规范，文档可见：http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se6/html/VMSpecTOC.doc.html和http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html。
这里主要以java6的文档来说，这块的内容详见：http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se6/html/Overview.doc.html#1732。
runtime data area主要由四部分组成：
1、pc register : 就是我们常说的pc，指向当前正在执行的代码，由于java是多线程的，而每个核在同一个时刻只有一个线程执行，假设现在我们有线程A和线程B运行在单核的机器上，线程A执行到一半的时候切换到线程B，过了一段时间又切到A，而这个时候系统是需要知道线程A已经执行到什么位置了，所以每一个线程都需要有一个pc register存储当前执行到的代码的地址，如果是native代码，则它是undefined;
2、method area：存储了类的结构信息等，比如运行时常量池、class属性、方法等，比如常见的字符串String s = "aaaaa";这里的"aaaaa"就是放在运行时常量池中，看着可能比较抽象，等分析字节码的时候就比较清楚了。在Java6时，hotspot vm放在perm gen 去存储，所以很有可能因为工程类过多而导致OOM，可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定大小，不过在Java8中开始采用meta space来存储method area，而它是一个堆外内存，所以不会有这个问题；
3、stack：这个非常重要，每个线程创建时候都会创建，它存储了stack frame,由于stack只能执行pop、push操作，而每一次方法调用其实就是push一个stack frame,而这个stack frame里面存储了local variable(局部变量表，对应下面代码中的a,b,c变量和this指针)、oprand stack（比如a+b这个操作其实就是入栈a，入栈b然后进行iadd，然后将结果入栈）、 reference to runtime constant pool （这个要分析字节码才比较清楚）、exception table（分析字节码比较清楚）等。
public int test(int a,int b) {
int c = a + b;
return c;
}
4、heap：这个是我们最常用的，存储了绝大部分的对象，比如Test a = new Test()；Test对象的实例就存放在heap，为了垃圾回收方便，JVM把这片区域分成了：yong generation（新生代）、tenured generation（老年代）。
yong generation又被细分为：eden、from survivor(S0)、to survivor(S1)，其中S0和S1大小相等，每次系统可用的大小为eden+一个survivor的大小，为什么JVM要把它分成两个survivor，其实是由垃圾收集方法决定的，jvm采用了copying的方式收集yong generation，比如现在eden+S0空间被使用，这个时候yong generation大小不够了，触发了一次YGC，所有存活的对象就会被赶到S1去，然后将S0和eden中的空间全部清理干净，之后系统就直接使用eden+S1来存放对象，S0就变成了备胎。
在yong generation中存放的的对象，90%以上都是朝生夕死，在下一次YGC的时候就被干掉了，如果这个对象在一次YGC的时候还能够被Gc roots引用到（也就是说这个对象还有用到），那么就将这个对象的年龄+1，当这个对象的年龄达到某一个阀值时，则开始将这个对象转移到tenured。当然，不仅仅是当对象达到年龄的时候才会被转移到tenured generation，当yong generation实在没有空间的情况下也会的，之前我说到过，在YGC时会将还存活的对象从一个survivor复制到另一个survivor，如果存活对象太多，一个survivor放不下的时候，那也会坑。
在这里，我们用一个简单的Java代码来说明一下，代码如下：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Test test = new Test();
test.test(100L,2);
}
public long test(long first,int second) {
try{
long third = first + second;
return third;
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return 0L;
}
}
我们执行javac Test.java编译完之后，执行javap -verbose Test得到 适合人阅读的字节码：
Compiled from "Test.java"
public class Test extends java.lang.Object
SourceFile: "Test.java"
minor version: 0
major version: 50
Constant pool:
const #1 = Method #9.#22; // java/lang/Object."<init>":()V
const #2 = class #23; // Test
const #3 = Method #2.#22; // Test."<init>":()V
const #4 = long 100l;
const #6 = Method #2.#24; // Test.test:(JI)J
const #7 = class #25; // java/lang/Exception
const #8 = Method #7.#26; // java/lang/Exception.printStackTrace:()V
const #9 = class #27; // java/lang/Object
const #10 = Asciz <init>;
const #11 = Asciz ()V;
const #12 = Asciz Code;
const #13 = Asciz LineNumberTable;
const #14 = Asciz main;
const #15 = Asciz ([Ljava/lang/String;)V;
const #16 = Asciz test;
const #17 = Asciz (JI)J;
const #18 = Asciz StackMapTable;
const #19 = class #25; // java/lang/Exception
const #20 = Asciz SourceFile;
const #21 = Asciz Test.java;
const #22 = NameAndType #10:#11;// "<init>":()V
const #23 = Asciz Test;
const #24 = NameAndType #16:#17;// test:(JI)J
const #25 = Asciz java/lang/Exception;
const #26 = NameAndType #28:#11;// printStackTrace:()V
const #27 = Asciz java/lang/Object;
const #28 = Asciz printStackTrace;
{
public Test();
Code:
Stack=1, Locals=1, Args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 1: 0
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
Stack=4, Locals=2, Args_size=1
0: new #2; //class Test
3: dup
4: invokespecial #3; //Method "<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: ldc2_w #4; //long 100l
12: iconst_2
13: invokevirtual #6; //Method test:(JI)J
16: pop2
17: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4: 8
line 5: 17
public long test(long, int);
Code:
Stack=4, Locals=6, Args_size=3
0: lload_1
1: iload_3
2: i2l
3: ladd
4: lstore 4
6: lload 4
8: lreturn
9: astore 4
11: aload 4
13: invokevirtual #8; //Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
16: lconst_0
17: lreturn
Exception table:
from to target type
0 8 9 Class java/lang/Exception
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 6
line 10: 9
line 11: 11
line 13: 16
StackMapTable: number_of_entries = 1
frame_type = 73 /* same_locals_1_stack_item */
stack = [ class java/lang/Exception ]
}
首先我们看到constant pool中的内容，从const #1到const #28，我们直接看注释，比如const #6，类型是Method，对应着的就是Java代码中的public long test(long first,int second)，从这里你就可以理解method area中存放的是啥了把，从method area可以看到类的一个大概，比如类名、方法列表、属性列表等等。
然后我们看看具体的方法public long test(long first,int second)，对应字节码是：
public long test(long, int);
Code:
Stack=4, Locals=6, Args_size=3
0: lload_1
1: iload_3
2: i2l
3: ladd
4: lstore 4
6: lload 4
8: lreturn
9: astore 4
11: aload 4
13: invokevirtual #8; //Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
16: lconst_0
17: lreturn
Exception table:
from to target type
0 8 9 Class java/lang/Exception
LineNumberTable:
line 8: 0
line 9: 6
line 10: 9
line 11: 11
line 13: 16
StackMapTable: number_of_entries = 1
frame_type = 73 /* same_locals_1_stack_item */
stack = [ class java/lang/Exception ]
}
我说过stack frame中存储了local variable，oprand stack等，我们来看看local variable，这里的变量有那些呢，首先参数中有long first,int second这两个，然后还有方法体中的long third和Exception e，那还有吗，其实还有一个，就是this,它是隐含在内的，我们看到字节码中有一个Locals=6，那这个代表什么呢，其实是代表局部变量有6个slot，JVM定义了在32位系统中32bit及小于32位的变量占用一个slot，而64位的占用两个slot，比如int,char,Object的引用，都是1个word,而long,double占用两个slot，多说一点，long,double JVM并不保证它是原子的。那么我们看看现在的局部变量：long first(2 slot) + int second (1 slot) + this (1 slot) + long third (2 slot) + Exception e (1 slot) = 7 slot，什么情况，为什么比字节码中多了一个slot?
原来JVM会使用slot来复用local variable，怎么理解，很简单，在局部变量表中，如果一个这个变量已经过了作用域，那么后续的局部变量可以复用它的位置，比如这个例子里面的long third = first + second；third这个变量在Exception e这个变量使用时其实已经过了作用域，而它本来占用的local variable的位置为4和5，所以Exception e这个变量占用的是位置4，所以加起来总共locals=6，大家可以将long third = first + second;提到try上面去试试，locals会变成7。
我们看到上面字节码中有exception table，这个是干啥的，其实很简单，就是说只要字节码0-8，如果出现了异常类型为java/lang/Exception的异常，则跳转到字节码9,这里首先astore 4然后aload 4，都是对局部变量表的下标为4的元素操作，也可以间接证明之前说的slot复用的问题。
我们现在看看字节码：
13: invokevirtual #8; //Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
e.printStackTrace();
我是初学者，有写错的地方欢迎大家拍砖！