转载于：https://blog.csdn.net/rongtaoup/article/details/89142396
https://blog.csdn.net/wo541075754/article/details/102623406
接着上一篇文章，
程序计数器：
关于程序计数器我们已经得知：占用内存较小，线程私有。它是唯一没有OutOfMemoryError异常的区域。
程序计数器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，字节码解释器工作时就是通过改变计数器的值来选取下一条字节码指令。其中，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器来完成。
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（对于多核处理器来说是一个内核）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，各条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Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。
更确切的说，一个线程的执行，是通过字节码解释器改变当前线程的计数器的值，来获取下一条需要执行的字节码指令，从而确保线程的正确执行。程序计数器不会发生内存溢出（OutOfMemoryError即OOM）问题。
虚拟机栈：
虚拟机栈线程私有，生命周期与线程相同。
栈帧(Stack Frame)是用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构。栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息。每一个方法从调用至执行完成的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈里从入栈到出栈的过程。
局部变量表(Local Variable Table)是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。包括8种基本数据类型、对象引用（reference类型）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。
其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。
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；如果虚拟机栈动态扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
操作数栈(Operand Stack)也称作操作栈，是一个后入先出栈(LIFO)。随着方法执行和字节码指令的执行，会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操作数栈，再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者，也就是出栈/入栈操作。
动态链接：Java虚拟机栈中，每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈所属方法的符号引用，持有这个引用的目的是为了支持方法调用过程中的动态链接(Dynamic Linking)。
方法返回：无论方法是否正常完成，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续进行。
JVM 中的栈：包括 Java 虚拟机栈和本地方法栈，两者的区别就是，Java 虚拟机栈为 JVM 执行 Java 方法服务，本地方法栈则为 JVM 使用到的 Native 方法服务。两者作用是极其相似的，本文主要介绍 Java 虚拟机栈，以下简称栈。
Native 方法是什么？
JDK 中有很多方法是使用 Native 修饰的。Native 方法不是以 Java 语言实现的，而是以本地语言实现的（比如 C 或 C++）。个人理解Native 方法是与操作系统直接交互的。比如通知垃圾收集器进行垃圾回收的代码 System.gc()，就是使用 native 修饰的。
public final class System {
public static void gc() {
Runtime.getRuntime().gc();
}
}
public class Runtime {
//使用native修饰
public native void gc();
什么是栈？
定义：限定仅在表头进行插入和删除操作的线性表。即压栈（入栈）和弹栈（出栈）都是对栈顶元素进行操作的。所以栈是后进先出的。
栈是线程私有的，他的生命周期与线程相同。每个线程都会分配一个栈的空间，即每个线程拥有独立的栈空间。
栈中存储的是什么？
栈帧是栈的元素。每个方法在执行时都会创建一个栈帧。栈帧中存储了局部变量表、操作数栈、动态连接和方法出口等信息。每个方法从调用到运行结束的过程，就对应着一个栈帧在栈中压栈到出栈的过程。
2.2.1 局部变量表
栈帧中，由一个局部变量表存储数据。局部变量表中存储了基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）的局部变量（包括参数）、和对象的引用（String、数组、对象等），但是不存储对象的内容。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
局部变量的容量以变量槽（Variable Slot）为最小单位，每个变量槽最大存储32位的数据类型。对于64位的数据类型（long、double），JVM 会为其分配两个连续的变量槽来存储。以下简称 Slot 。
JVM 通过索引定位的方式使用局部变量表，索引的范围从0开始至局部变量表中最大的 Slot 数量。普通方法与 static 方法在第 0 个槽位的存储有所不同。非 static 方法的第 0 个槽位存储方法所属对象实例的引用。
Slot 复用？
为了尽可能的节省栈帧空间，局部变量表中的 Slot 是可以复用的。方法中定义的局部变量，其作用域不一定会覆盖整个方法。当方法运行时，如果已经超出了某个变量的作用域，即变量失效了，那这个变量对应的 Slot 就可以交给其他变量使用，也就是所谓的 Slot 复用。通过一个例子来理解变量“失效”。
public void test(boolean flag)
{
if(flag)
{
int a = 66;
}
int b = 55;
}
当虚拟机运行 test 方法，就会创建一个栈帧，并压入到当前线程的栈中。当运行到 int a = 66时，在当前栈帧的局部变量中创建一个 Slot 存储变量 a，当运行到 int b = 55时，此时已经超出变量 a 的作用域了（变量 a 的作用域在{}所包含的代码块中），此时 a 就失效了，变量a 占用的 Slot 就可以交给b来使用，这就是 Slot 复用。
凡事有利弊。Slot 复用虽然节省了栈帧空间，但是会伴随一些额外的副作用。比如，Slot 的复用会直接影响到系统的垃圾收集行为。
public class TestDemo {
public static void main(String[] args){
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
System.gc();
}
}
上段代码很简单，先向内存中填充了 64M 的数据，然后通知虚拟机进行垃圾回收。为了更清晰的查看垃圾回收的过程，我们再虚拟机的运行参数中加上“-verbose:gc”,这个参数的作用就是打印 GC 信息。
打印的GC信息如下：
可以看到虚拟机没有回收这 64M 内存。为什么没有被回收？其实很好理解，当执行 System.gc() 方法时，变量 placeholder 还在作用域范围之内，虚拟机是不会回收的，它还是“有效”的。
我们对上面的代码稍作修改，使其作用域“失效”。
public class TestDemo {
public static void main(String[] args){
{
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
}
System.gc();
}
}
当运行到 System.gc() 方法时，变量 placeholder 的作用域已经失效了。它已经“无用”了，虚拟机会回收它所占用的内存了吧？
运行结果：
发现虚拟机还是没有回收 placeholder 变量占用的 64M 内存。为什么所想非所见呢？在解释之前，我们再对代码稍作修改。在System.gc()方法执行之前，加入一个局部变量。
public class TestDemo {
public static void main(String[] args){
{
byte[] placeholder = new byte[64 * 1024 * 1024];
}
int a = 0;
System.gc();
}
}
在 System.gc() 方法之前，加入 int a = 0，再执行方法，查看垃圾回收情况。
发现 placeholder 变量占用的64M内存空间被回收了，如果不理解局部变量表的Slot复用，很难理解这种现象的。
而 placeholder 变量能否被回收的关键就在于：局部变量表中的 Slot 是否还存有关于 placeholder 对象的引用。
第一次修改中，限定了 placeholder 的作用域，但之后并没有任何对局部变量表的读写操作，placeholder 变量在局部变量表中占用的Slot没有被其它变量所复用，所以作为 GC Roots 一部分的局部变量表仍然保持着对它的关联。所以 placeholder 变量没有被回收。
第二次修改后，运行到 int a = 0 时，已经超过了 placeholder 变量的作用域，此时 placeholder 在局部变量表中占用的Slot可以交给其他变量使用。而变量a正好复用了 placeholder 占用的 Slot，至此局部变量表中的 Slot 已经没有 placeholder 的引用了，虚拟机就回收了placeholder 占用的 64M 内存空间。
2.2.2 操作数栈
操作数栈是一个后进先出栈。操作数栈的元素可以是任意的Java数据类型。方法刚开始执行时，操作数栈是空的，在方法执行过程中，通过字节码指令对操作数栈进行压栈和出栈的操作。通常进行算数运算的时候是通过操作数栈来进行的，又或者是在调用其他方法的时候通过操作数栈进行参数传递。操作数栈可以理解为栈帧中用于计算的临时数据存储区。
通过一段代码来了解操作数栈。
public class OperandStack{
public static int add(int a, int b){
int c = a + b;
return c;
}
public static void main(String[] args){
add(100, 98);
}
}
使用 javap 反编译 OperandStack 后，根据虚拟机指令集，得出操作数栈的运行流程如下：
add 方法刚开始执行时，操作数栈是空的。当执行 iload_0 时，把局部变量 0 压栈，即 100 入操作数栈。然后执行 iload_1，把局部变量1压栈，即 98 入操作数栈。接着执行 iadd，弹出两个变量（100 和 98 出操作数栈），对 100 和 98 进行求和，然后将结果 198 压栈。然后执行 istore_2，弹出结果（出栈）。
下面通过一张图，对比执行100+98操作，局部变量表和操作数栈的变化情况。
栈中可能出现哪些异常？
StackOverflowError：栈溢出错误
如果一个线程在计算时所需要用到栈大小 > 配置允许最大的栈大小，那么Java虚拟机将抛出 StackOverflowError
OutOfMemoryError：内存不足
栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。
如何设置栈参数？
使用 -Xss 设置栈大小，通常几百K就够用了。由于栈是线程私有的，线程数越多，占用栈空间越大。
栈决定了函数调用的深度。这也是慎用递归调用的原因。递归调用时，每次调用方法都会创建栈帧并压栈。当调用一定次数之后，所需栈的大小已经超过了虚拟机运行配置的最大栈参数，就会抛出 StackOverflowError 异常。
本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈作用相似，也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
区别在于虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，而本地方法栈是为虚拟机使用到的Native方法服务。
经过上面的讲解，想必大家已经了解到JVM内存结构的基本情况。下面对照脑图，归纳总结一下，看你能说出来多少。
