JVM的基本結構及其各部分詳解2

3.2 棧幀組成之操做數棧

操做數棧是棧幀的主要內容之一，它主要用於保存計算過程當中的中間結果，同時做爲計算過程當中變量臨時的存儲空間。

操做數棧也是一個先進後出的數據結構，只支持入棧和出棧兩種操做，許多java字節碼指令都須要經過操做數棧進行參數傳遞。好比add指令，它就會在操做數棧中彈出兩個整數並進行加法計算，計算結果會被入棧，如圖：顯示了iadd先後操做數棧的變化。

3.3 幀數據區

除了局部變量表和操做數棧，java棧幀還須要一些數據來支持常量池的解析、正常方法返回和異常處理等。大部分java字節碼指令須要進行常量池訪問，在幀數據區中保留着訪問常量池的指針，方便程序訪問常量池。

此外，當函數返回或者出現異常時，虛擬機必須恢復調用者函數的棧幀，並讓調用者函數繼續執行下去。對於異常處理，虛擬機必須有一個異常處理表，方便在發生異常時找處處理異常的代碼，所以異常處理表也是幀數據區中重要的一部分，一個典型的異常處理表以下所示：

Exception table:

from   to    target   type

4        16      19      any

19       21      19      any

它表示在字節碼偏移量4--16字節可能拋出任意異常，若是拋出異常，則跳轉到字節碼偏移量19處執行。當方法拋出異常時，虛擬機就會查找相似的異常表來處理，若是沒法在異常表中找到合適的處理方法，則會結束當前函數調用，返回調用函數，並在調用函數中拋出相同的異常，並查找調用函數的異常表來進行處理。

3.4 棧上分配

棧上分配是java虛擬機提供的一項優化技術，它的基本思想是，對於那些線程私有的對象（這裏指不可能被其餘線程訪問的對象），能夠將他們打散分配到棧上，而不是分配到堆上。分配到棧上的好處是能夠在函數調用結束後自行銷燬，而不須要垃圾回收器的介入，從而提升系統的性能。

棧上分配的一個技術基礎是進行逃逸分析，逃逸分析的目的是判斷對象的做用域是否有可能逃逸出函數體。以下代碼所示顯示了一個逃逸對象：

private static User u;

public static void alloc(){

　　u = new User();

　　u.id = 5;

　　u.name = "jim";

}

對象u是類的成員變量，該字段有可能被任何線程訪問，所以屬於逃逸對象，而如下對象顯示了一個非逃逸對象：

public static void alloc(){

　　User u = new User();

　　u.id =  5;

　　u.name = "jim";

}

在上述代碼中，對象User u 以局部變量的形式存在，而且該對象並無被alloc()函數返回或者出現任何形式的公開，所以它未發生逃逸，因此對於這種狀況，虛擬機就有可能將User u 分配在棧上，而不是在堆上。

對於大量的零散小對象，棧上分配提供了一種良好的對象分配優化策略，棧上分配速度快，而且能夠有效避免垃圾回收帶來的負面影響。但因爲棧和堆空間相比，棧空間較小，所以對於大對象沒法也不適合在棧上分配。

實例1：測試非逃逸對象的分配空間位置

package com.jvm;

public class OnStackTest {
　　public static class User{
　　　　public int id = 0;
　　　　public String name = "";
　　}

　　public static void alloc(){
　　　　User u = new User();
　　　　u.id = 5;
　　　　u.name = "jim";
　　}

　　public static void main(String[] args) {
　　　　long b = System.currentTimeMillis();
　　　　for(int i=0;i<100000000;i++){
　　　　　　alloc();
　　　　}
　　　　long e = System.currentTimeMillis();
　　　　System.out.println(e-b);
　　}
}

使用-Xmx10M -XX:+PrintGC 虛擬機參數運行代碼：

[GC (Allocation Failure) 2048K->544K(9728K), 0.0015011 secs]
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上述代碼在主函數中進行了1億次alloc()調用進行對象的建立，因爲User對象實例須要佔用約16byte的空間，所以累計分配空間將達到1.5G，若是堆空間小於這個值，就必然發生GC。而此時咱們只分配了最大的堆內存爲10M，若是這些對象在堆上建立，必然會引發大量的垃圾回收現象，查看垃圾回收日誌，並無。因此，說明其對象分配在棧上。

實例2：對比測試逃逸對象的分配空間位置：

package com.jvm;

public class OnStackTest {
　　public static class User{
　　　　public int id = 0;
　　　　public String name = "";
　　}
　　public static User u;
　　public static void alloc(){
　　　　u = new User();
　　　　u.id = 5;
　　　　u.name = "jim";
　　}

　　public static void main(String[] args) {
　　　　long b = System.currentTimeMillis();
　　　　for(int i=0;i<100000000;i++){
　　　　　　alloc();
　　　　}
　　　　long e = System.currentTimeMillis();
　　　　System.out.println(e-b);
　　}
}

一樣使用虛擬機參數-Xmx10M -XX:+PrintGC設置最大堆空間和打印垃圾回收日誌，運行此代碼：

可見，發生大量的垃圾回收現象，說明此時堆內存遠遠不夠，須要不斷的進行垃圾回收。

 

4 方法區

和堆同樣，方法區是一塊全部線程共享的內存區域，它用於保存系統的類信息，好比類的字段、方法、常量池等。方法區的大小決定了系統能夠保存多少個類，若是系統定義了太多的類，致使方法區的溢出，虛擬機一樣會拋出內存溢出錯誤。

在JDK1.六、JDK1.7中，方法區能夠理解爲永久區（Perm）。永久區可使用參數-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize指定，默認狀況下，-XX:MaxPermSize爲64M。一個大的永久區能夠保存更多的類信息。若是系統使用了一些動態代理，那麼有可能會在運行時生成大量的類，若是這樣，就須要設置一個合理的永久區大小，確保不發生永久區內存溢出。

 

在JDK1.8中，永久區已經被完全移除，取而代之的是元數據區，元數據區大小可使用參數-XX:MaxMetaspaceSize指定（一個大的元數據區可使系統支持更多的類），這是一塊堆外的直接內存。與永久區不一樣，若是不指定大小，默認狀況下，虛擬機會耗盡全部的可用系統內存。

若是元數據區發生異常，虛擬機同樣會拋出異常。