JVM筆記【1】-- 運行時數據區

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（一）java內存區域管理

C/C++每個new操做都須要本身去delete/free，而java裏面有虛擬機自動管理內存，不容易出現內存泄漏或者溢出的問題，可是不容易出現不表明不出現，瞭解虛擬機怎麼使用和管理內存是十分重要的是，對程序優化或者問題排查有幫助。

運行時區域主要分爲：

• 線程私有：

  • 程序計數器:Program Count Register,線程私有，沒有垃圾回收
  • 虛擬機棧:VM Stack，線程私有，沒有垃圾回收
  • 本地方法棧:Native Method Stack,線程私有，沒有垃圾回收

• 線程共享：

  • 方法區:Method Area，以HotSpot爲例，JDK1.8後元空間取代方法區，有垃圾回收。
  • 堆:Heap，垃圾回收最重要的地方。

1.1 程序計數器

空間很小，當前線程執行的字節碼的行號指示器（線程獨有，指示當前執行到哪，下一步須要執行哪個字節碼），分支，循環，跳轉，異常處理，線程恢復都須要依賴它。
線程私有：java多線程實際上是線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式實現，一個核一個具體的時間點，只會執行一個線程的指令。線程切換須要保存和恢復正確的執行位置（保護和恢復現場），因此不一樣的線程須要不一樣的程序計數器。

• 執行java方法時，程序計數器記錄的是正在執行的字節碼指令地址
• 執行Native方法，程序計數器爲空

惟一一個沒有規定任何OutOfMemory的區域，也沒有GC（垃圾回收）。

1.2 虛擬機棧

線程私有，生命週期和線程同樣，主要是記錄該線程Java方法執行的內存模型。虛擬機棧裏面放着好多棧幀。注意虛擬機棧，對應是Java方法，不包括本地方法。
一個Java方法執行會建立一個棧幀，一個棧幀主要存儲：

• 局部變量表
• 操做數棧
• 動態連接
• 方法出口

每個方法調用的時候，就至關於將一個棧幀放到虛擬機棧中（入棧），方法執行完成的時候，就是對應着將該棧幀從虛擬機棧中彈出（出棧）。

每個線程有一個本身的虛擬機棧，這樣就不會混起來，若是不是線程獨立的話，會形成調用混亂。

你們平時說的java內存分爲堆和棧，其實就是爲了簡便的不太嚴謹的說法，他們說的棧通常是指虛擬機棧，或者虛擬機棧裏面的局部變量表。

局部變量表通常存放着如下數據：

• 基本數據類型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）
• 對象引用（reference類型，不必定是對象自己，多是一個對象起始地址的引用指針，或者一個表明對象的句柄，或者與對象相關的位置）
• returAddress（指向了一條字節碼指令的地址）

局部變量表內存大小編譯期間肯定，運行期間不會變化。空間衡量咱們叫Slot（局部變量空間）。64位的long和double會佔用2個Slot，其餘的數據類型佔用1個Slot。

異常：

• StackOverflowError：線程請求的棧深度大於虛擬機容許的深度
• OutOfMemoryError：內存不足

1.3 本地方法棧

和虛擬機棧相似，對應本地方法，Native，虛擬機規範容許語言，使用方式和數據結構不一樣，有些可能將虛擬機棧和本地方法棧合併。
異常與虛擬機棧一致：

• StackOverflowError：線程請求的棧深度大於虛擬機容許的深度
• OutOfMemoryError：內存不足

1.4 java堆

堆是內存管理最大的一塊，線程共享。

虛擬機規範中說，全部的對象實例和數組都要在堆上分配。可是實際上不是全部的對象都在堆上分配，這個和JIT編譯器的發展和逃逸分析技術相關。Why？
// TODO
堆的細分：新生代，老年代，再細分有Eden，From survivor，To survivor等。

堆中也有可能有線程私有的區域，分配緩衝區。

物理上能夠不連續，可是邏輯上是連續的。

異常：

• OutOfMemoryError：內存不足

1.5 方法區

名爲非堆，可是實際和堆同樣，是線程共享的區域，主要存貯如下信息：

• 已被虛擬機加載的類信息
• 常量
• 靜態變量
• 即時編譯器編譯後的代碼

方法區不等於永久代，指示Hotspot虛擬機將GC分代收集拓展到方法區，也就是用永久代實現了方法區，而其餘的虛擬機不必定，不是固定的。JDK1.7將永久代的字符串常量移出了。

方法區回收垃圾的效果不是很好，能夠選擇不回收，虛擬機能夠決定，固然也可能發生內存泄漏。
異常：

• OutOfMemoryError：內存分配異常

1.5.1 運行時常量池

運行時常量池時方法區的一部分，可是不是所有，Class文件主要包括：

• 類的版本
• 字段
• 方法
• 接口
• 常量池，存放編譯產生的字面量和符號引用，通常除了描述Class文件的符號引用，還有直接引用也在裏面。是動態的，運行時能夠產生，好比String.intern()方法。

異常：

• OutOfMemoryError：內存分配異常

（二）直接內存

不是虛擬機運行時數據區，也不是規範規定的區域，可是使用頻繁且可能會有OutOfMemoryError：內存分配異常出現。
好比，NIO（1.4）基於Channel與Buffer的I/O，能夠用Native函數直接分配堆外內存，經過存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象做爲引用來操做，提升性能，不須要Java堆和Native堆都來回複製數據。

直接內存受物理的內存，或者處理器尋址空間之類的限制。

本文系JVM學習相關筆記，整理來自周志明老師的《深刻理解Java虛擬機》，無比欽佩，強烈推薦！

【做者簡介】：
秦懷，公衆號【秦懷雜貨店】做者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。這個世界但願一切都很快，更快，可是我但願本身能走好每一步，寫好每一篇文章，期待和大家一塊兒交流。

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