JVM学习01--JVM结构与代码存储位置

JVM的结构如图所示：

依次介绍各部分功能：

1.程序计数器(Program Counter Register)
一块较小的内存空间, 属于线程私有.

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. 如果线程正在执行一个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;

如果是Native方法,则计数器为空;多线程时, 存在多个程序计数器.

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.

2.Java虚拟机栈(VM Stacks)
线程私有, 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:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(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, 就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程.

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时该方法对应的需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的.

对这个区域规定了两种异常状况: 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度, 将抛出StackOverflowError异常; 如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展, 只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈), 当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常.

栈帧: 一个栈帧随着一个方法的调用开始而创建,这个方法调用完成而销毁.栈帧内存放着方法中的局部变量,操作数栈等数据

3.本地方法栈(Native Method Stacks)
虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务, 而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务

异常抛出类型和JVM栈相同

4.Java堆(Heap)
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.

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域, 因此很多时候也被称做"GC堆" 多采用分代收集策略,所以细分为新生代和老年代,再细分可分为Eden空间,From Survivor空间,To Survivor空间,在GC的复制算法中起着重要作用,HotSpot VM默认的Eden和Survivor大小比例为8:1

堆内存可以是物理上不连续的内存空间, 逻辑上连续即可,

在堆中没有内存完成实例分配, 并且堆也无法再扩展时, 将会抛出OutOfMemoryError异常

5.方法区(Method Area)
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,有时也被称为永久代(PermGen)

Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松, 除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外, 还可以选择不实现垃圾收集

这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

当方法区无法满足内存分配需求时, 将抛出OutOfMemoryError异常

6.运行时常量池
是方法区的一部分,存放编译期生成的各种字面量和符号引用,当JVM运行的时候会将这些常量池的信息加载进方法区.

当方法区无法满足内存分配需求时,抛出OutOfMemoryError

7.直接内存
不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁的使用.

也可能导致OutOfMemoryError异常出现

比较
栈内存用来存储局部变量和方法调用.
堆内存用来存储Java中的对象.无论是成员变量,局部变量,还是类变量,它们指向的对象都存储在堆内存中.

代码中常见数据结构对应的JVM存储位置：

public class JVMDemo {

    public JVMDemo() {
        // 类本身的(元)信息存储在方法区中
    }
    
    public static final Integer CONSTANT = 1; //常量存储在方法区中
    
    public static String StaticField = "静态变量存储在方法区中";
    
    public String InstanceField ="实例变量存储在GC堆中";
    
    public void go() {            
        System.out.println("实例方法的地址存储在方法区中");
    }
    
    public void stop() {
        String localVariable = "局部变量存储在虚拟机栈中";
        MyDemo myDemo = new MyDemo();//等号左侧myDemo变量存储在虚拟机栈
        //等号右侧new出来的对象，存储在GC堆中        
    }
    
    public void eat(Integer x,Food food) {
        //x是基本类型参数，地址和值都存储在虚拟机栈中
        System.out.println(x);
        
        //food是引用类型参数，food是地址存储在虚拟机栈中
        System.out.println(food);
        
        //foodName是实际内容，存储在GC堆中
        System.out.println(food.foodName);        
    }

}

class MyDemo{
    public String demoName;
}

class Food{
    public String foodName;
}