详解JVM（一）
- 1.简介
- 2.运行时数据区域
- 2.1 程序计数器
- 2.2 Java虚拟机栈
- 2.3 本地方法栈
- 2.4 Java堆
- 2.5 方法区
- 2.6 运行时常量池
- 2.7 直接内存
- 3.对象访问
- 3.1 使用句柄访问方式
- 3.2 使用直接指针访问方式
观前提示：
本文参考周志明的《深入理解Java虚拟机》。
1.简介
JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。
2.运行时数据区域
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域，如下图所示。
2.1 程序计数器
程序计数器是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程 之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
线程私有，内存空间小。
存储虚拟机字节码指令地址或者空（Undefined）。
没有OutOfMemoryError异常。
2.2 Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被还行的时候都会同事创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的葛洪基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
线程私有，生命周期和线程一致。
存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。
线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出StackOverflowError异常；如虚拟机可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfemoryError异常。
2.3 本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。
存储Native方法。
与虚拟机栈一样，也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
2.4 Java堆
对于大多数应用来说 ，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存 区域的唯一目的 就是 存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。
如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。
线程共享，内存最大的一块。
存储对象实例和数组。
如果堆中没有内存完成实力分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
2.5 方法区
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap，目前应该是与Java堆区分开来。
线程共享
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
2.6 运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池。用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
存放编译器生成的各种字面量和符号引用。
当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
2.7 直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
显然，本地直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，贼肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。
并不是虚拟机运行时数据区的一部分。
各个内存区域的总和大于物理内存限制，导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
3.对象访问
主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针
3.1 使用句柄访问方式
如果使用句柄访问方式，Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址休息。
优点：reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改
3.2 使用直接指针访问方式
如果使用直接指针访问方式，Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关休息，reference中直接存储的就是对象地址。
优点：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。
