JVM之JVM內存區域與內存分配(轉載)

先來看看JVM運行時候的內存區域

 大多數 JVM 將內存區域劃分爲 Method Area（Non-Heap）（方法區）,Heap（堆）,Program Counter Register（程序計數器）, VM Stack（虛擬機棧，也有翻譯成JAVA 方法棧的）,Native Method Stack （本地方法棧），其中Method Area和Heap是線程共享的，VM Stack，Native Method Stack 和Program Counter Register是非線程共享的。爲何分爲線程共享和非線程共享的呢?請繼續往下看。
 首先咱們熟悉一下一個通常性的 Java 程序的工做過程。一個 Java 源程序文件，會被編譯爲字節碼文件（以 class 爲擴展名），每一個java程序都須要運行在本身的JVM上，而後告知 JVM 程序的運行入口，再被 JVM 經過字節碼解釋器加載運行。那麼程序開始運行後，都是如何涉及到各內存區域的呢？
 歸納地說來，JVM初始運行的時候都會分配好Method Area（方法區）和Heap（堆），而JVM 每遇到一個線程，就爲其分配一個Program Counter Register（程序計數器）, VM Stack（虛擬機棧）和Native Method Stack （本地方法棧），當線程終止時，三者（虛擬機棧，本地方法棧和程序計數器）所佔用的內存空間也會被釋放掉。這也是爲何我把內存區域分爲線程共享和非線程共享的緣由，非線程共享的那三個區域的生命週期與所屬線程相同，而線程共享的區域與JAVA程序運行的生命週期相同，因此這也是系統垃圾回收的場所只發生在線程共享的區域（實際上對大部分虛擬機來講知發生在Heap上）的緣由。
1.　　程序計數器
　　程序計數器是一塊較小的內存區域，做用能夠看作是當前線程執行的字節碼的位置指示器。分支、循環、跳轉、異常處理和線程恢復等基礎功能都須要依賴這個計算器來完成，很少說。
2.VM Strack
　　先來了解下JAVA指令的構成：
　　JAVA指令由 操做碼 （方法自己）和 操做數 （方法內部變量） 組成。　　　
　　　　1）方法自己是指令的操做碼部分，保存在Stack中；
　　　　2）方法內部變量（局部變量）做爲指令的操做數部分，跟在指令的操做碼以後，保存在Stack中（其實是簡單類型（int,byte,short 等）保存在Stack中，對象類型在Stack中保存地址，在Heap 中保存值）；
　　虛擬機棧也叫棧內存，是在線程建立時建立，它的生命期是跟隨線程的生命期，線程結束棧內存也就釋放，對於棧來講不存在垃圾回收問題，只要線程一結束，該棧就 Over，因此不存在垃圾回收。也有一些資料翻譯成JAVA方法棧，大概是由於它所描述的是java方法執行的內存模型，每一個方法執行的同時建立幀棧（Strack Frame）用於存儲局部變量表（包含了對應的方法參數和局部變量），操做棧（Operand Stack，記錄出棧、入棧的操做），動態連接、方法出口等信息，每一個方法被調用直到執行完畢的過程，對應這幀棧在虛擬機棧的入棧和出棧的過程。
　　局部變量表存放了編譯期可知的各類基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象的引用（reference類型，不等同於對象自己，根據不一樣的虛擬機實現，多是一個指向對象起始地址的引用指針，也多是一個表明對象的句柄或者其餘與對象相關的位置）和 returnAdress類型（指向下一條字節碼指令的地址）。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，在方法在運行以前，該局部變量表所須要的內存空間是固定的，運行期間也不會改變。
　　棧幀是一個內存區塊，是一個數據集，是一個有關方法(Method)和運行期數據的數據集，當一個方法 A 被調用時就產生了一個棧幀 F1，並被壓入到棧中，A 方法又調用了 B 方法，因而產生棧幀 F2 也被壓入棧，執行完畢後，先彈出 F2棧幀，再彈出 F1 棧幀，遵循「先進後出」原則。光說比較枯燥，咱們看一個圖來理解一下 Java棧，以下圖所示

3.Heap
　　Heap（堆）是JVM的內存數據區。Heap 的管理很複雜，是被全部線程共享的內存區域，在JVM啓動時候建立，專門用來保存對象的實例。在Heap 中分配必定的內存來保存對象實例，實際上也只是保存對象實例的屬性值，屬性的類型和對象自己的類型標記等，並不保存對象的方法（以幀棧的形式保存在Stack中）,在Heap 中分配必定的內存保存對象實例。而對象實例在Heap 中分配好之後，須要在Stack中保存一個4字節的Heap 內存地址，用來定位該對象實例在Heap 中的位置，便於找到該對象實例，是垃圾回收的主要場所。java堆處於物理不連續的內存空間中，只要邏輯上連續便可。
4.Method Area
　　Object Class Data(加載類的類定義數據) 是存儲在方法區的。除此以外，常量、靜態變量、JIT(即時編譯器)編譯後的代碼也都在方法區。正由於方法區所存儲的數據與堆有一種類比關係，因此它還被稱爲 Non-Heap。方法區也能夠是內存不連續的區域組成的，而且可設置爲固定大小，也能夠設置爲可擴展的，這點與堆同樣。
　　垃圾回收在這個區域會比較少出現，這個區域內存回收的目的主要針對常量池的回收和類的卸載。
5.運行時常量池（Runtime Constant Pool）
　　方法區內部有一個很是重要的區域，叫作運行時常量池（Runtime Constant Pool，簡稱 RCP）。在字節碼文件（Class文件）中，除了有類的版本、字段、方法、接口等先關信息描述外，還有常量池（Constant Pool Table）信息，用於存儲編譯器產生的字面量和符號引用。這部份內容在類被加載後，都會存儲到方法區中的RCP。值得注意的是，運行時產生的新常量也能夠被放入常量池中，好比 String 類中的 intern() 方法產生的常量。
　　常量池就是這個類型用到的常量的一個有序集合。包括直接常量(基本類型，String)和對其餘類型、方法、字段的符號引用.例如：
◆類和接口的全限定名；
◆字段的名稱和描述符；
◆方法和名稱和描述符。
　　池中的數據和數組同樣經過索引訪問。因爲常量池包含了一個類型全部的對其餘類型、方法、字段的符號引用，因此常量池在Java的動態連接中起了核心做用.
　　頗有用且重要關於常量池的擴展：Java常量池詳解 Integer與new Integer()的區別
6.Native Method Stack
　　與VM Strack類似，VM Strack爲JVM提供執行JAVA方法的服務，Native Method Stack則爲JVM提供使用native 方法的服務。
7.直接內存區
　　直接內存區並非 JVM 管理的內存區域的一部分，而是其以外的。該區域也會在 Java 開發中使用到，而且存在致使內存溢出的隱患。若是你對 NIO 有所瞭解，可能會知道 NIO 是可使用 Native Methods 來使用直接內存區的。
小結：
　　在此，你對JVM的內存區域有了必定的理解，JVM內存區域能夠分爲線程共享和非線程共享兩部分，線程共享的有堆和方法區，非線程共享的有虛擬機棧，本地方法棧和程序計數器。
8.JVM運行原理 例子
以上都是純理論，咱們舉個例子來講明 JVM 的運行原理，咱們來寫一個簡單的類，代碼以下：

public class JVMShowcase {  
 //靜態類常量,  
 public final static String ClASS_CONST = "I'm a Const";  
 //私有實例變量  
 private int instanceVar=15;  
 public static void main(String[] args) {  
  //調用靜態方法  
  runStaticMethod();  
  //調用非靜態方法  
  JVMShowcase showcase=new JVMShowcase();  
  showcase.runNonStaticMethod(100);  
 }  
 //常規靜態方法  
 public static String runStaticMethod(){  
  return ClASS_CONST;  
 }  
 //非靜態方法  
 public int runNonStaticMethod(int parameter){  
  int methodVar=this.instanceVar * parameter;  
  return methodVar;  
 }  
}

 這個類沒有任何意義，不用猜想這個類是作什麼用，只是寫一個比較典型的類，而後咱們來看
看 JVM 是如何運行的，也就是輸入 java JVMShow 後，咱們來看 JVM 是如何處理的：
     第 1 步 、向操做系統申請空閒內存。JVM 對操做系統說「給我 64M（隨便模擬數據，並非真實數據） 空閒內存」，因而，JVM 向操做系統申請空閒內存做系統就查找本身的內存分配表，找了段 64M 的內存寫上「Java 佔用」標籤，而後把內存段的起始地址和終止地址給 JVM，JVM 準備加載類文件。
     第 2 步，分配內存內存。JVM 分配內存。JVM 得到到 64M 內存，就開始得瑟了，首先給 heap 分個內存，而後給棧內存也分配好。
     第 3 步，文件檢查和分析class 文件。若發現有錯誤即返回錯誤。
     第 4 步，加載類。加載類。因爲沒有指定加載器，JVM 默認使用 bootstrap 加載器，就把 rt.jar 下的全部類都加載到了堆類存的Method Area，JVMShow 也被加載到內存中。咱們來看看Method Area區域，以下圖：（這時候包含了 main 方法和 runStaticMethod方法的符號引用，由於它們都是靜態方法，在類加載的時候就會加載）

第 5 步、執行方法。執行 main 方法。執行啓動一個線程，開始執行 main 方法，在 main 執行完畢前，方法區以下圖所示：
（public final static String ClASS_CONST = "I'm a Const";  ）

在 Method Area 加入了 CLASS_CONST 常量，它是在第一次被訪問時產生的（runStaticMethod方法內部）。
     堆內存中有兩個對象 object 和 showcase 對象，以下圖所示：（執行了JVMShowcase showcase=new JVMShowcase();  ）

爲何會有 Object 對象呢？是由於它是 JVMShowcase 的父類，JVM 是先初始化父類，而後再初始化子類，甭管有多少個父類都初始化。
在棧內存中有三個棧幀，以下圖所示：

於此同時，還建立了一個程序計數器指向下一條要執行的語句。
第 6 步，釋放內存。釋放內存。運行結束，JVM 向操做系統發送消息，說「內存用完了，我還給你」，運行結束。 

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