电子书 深入理解Java虚拟机 深入理解java虚拟机 epub

jvm运行时内存结构

• 前言
• jvm运行时内存结构

• 程序计数器
• 虚拟机栈
• 本地方法栈
• 堆
• 方法区

前言

因为最近在准备春招实习嘛，就想着认真的阅读一下这本书，周志明老师的这系列书真的是经典了，我是在微信读书app上读的（因为实体书太贵了而且等寄过来就没时间了，说到微信读书app真的不得不夸一下，比起qq阅读，微信读书真是好太多了，页面整洁不说，书也很多，不会给你推荐一堆无脑言情小说，我觉得用来阅读一些专业书或者其他书用来提升思想也很不错（微信阅读记得打钱！继续说回《深入理解Java虚拟机》这本书，我读的是第二版，这一版不是最新的，当时Java最新的版本的jdk7，主要是微信读书里第三版只能试读，如果有实体书什么的，还是看最新版更好，jdk8比起jdk7的变化还是蛮多的。
这本书我在大概半年前斗胆读过一次，第一部分Java发展史看了一半就睡着了…当时的水平比现在还要低很多，所以真是不知天高地厚了害，这次在已经在b站看视频学了很多的jvm知识以及有了操作系统的部分理论知识后再读这本书轻松太多了，因为很多地方已经学习过了，就等于是一个查漏补缺的内容了，这里再推荐一个b站上的jvm课程（BV1yE411Z7AP）真讲的挺好的，但是还是建议要读一遍书。
这本书我还没看完，一点点更新吧，第一部分这次我是跳过了，因为很多文科的知识，而且以前也看过一次了，哪怕再多看几遍发展史，作为理科生的我也记不住的害，了解一下就好了叭。

jvm运行时内存结构

jvm运行的时候会管理着程序计数器、虚拟机栈、方法区、本地方法栈、堆这五个区域，如下图所示，粉色的表示是线程私有的区域，绿色的表示线程共享的区域。我们接着一个个说说这些内存区域干嘛用的，要放什么东西进去，每个jdk版本又有哪些区别。

程序计数器

我们先从程序计数器说起，因为它是最简单的一个区域了，占的内存也小。
我们都知道Java是一门编译+解释的语言，Java编写的程序会先编译成字节码文件，也就是.class结尾的文件，然后再一个一个的执行字节码指令，那么就需要一个区域来保存目前字节码指令执行到哪了，程序计数器就是干这个的。CPU里不是有个PC计数器嘛，记着下一条要执行的机器指令，pc不就是program counter，也不就是程序计数器。
关于程序计数器为什么是线程私有的，其实是很容易想明白的，一个程序计数器只能记下一次要执行哪一条字节码，每个线程要执行的内容可能不一样，所以一个线程要拥有一个私有的程序计数器才行。

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）。

虚拟机栈

虚拟机栈是用来保存方法的信息的，每进入一个方法，就会在虚拟机栈里产生一个栈帧，栈帧中包括了局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，等方法一执行结束，这个栈帧的内存就会被回收。具体结构看下图。

栈这个结构是先进后出的，所以先进入的方法就先创建栈帧，且放在Java虚拟机栈的最底下，虚拟机栈最上面的栈帧就是当前活动栈帧，也就是当前在执行的方法。比如下面这段代码：

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		new Main().m1();
	}
	public void m1() {
		int i = 1;
		m2();
	}
	public void m2() {
		System.out.println("hello!");
	}
}

主线程启动之后先创建main()方法的栈帧，进入m1()，就会在主线程的虚拟机栈中创建一个m1的栈帧，然后入栈，然后m1()又进入了m2()，于是再创建一个m2的栈帧，入栈，此时栈顶是m2方法的栈帧，栈底是main方法的栈帧。等m2()运行结束，m2的栈帧被释放，此时栈顶栈帧就是m1的栈帧了。
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型，包括int、short、byte、long、boolean、float、double，以及对象引用类型和returnAddress类型。这个returnAddress就是指向了程序计数器的字节码指令的地址，记录的这个方法完成后应该返回到哪条指令。

其余的部分书上暂时未说到，等之后看到了再补充。

另外，因为每个线程可能会执行不同的方法，有不同的执行顺序，所以虚拟机栈也是线程私有的。同时，Java虚拟机规范规定如果线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，就会抛出StackOverflowError；如果虚拟机栈可以动态扩展，且扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈

本地方法栈跟虚拟机栈差不多啦，唯一的区别就是虚拟机栈存放的是java方法的信息，而本地方法栈存放的是本地方法的信息。Java虚拟机规范并没有对这个本地方法的语言、使用方式和数据结构做强制规定。也有虚拟机将二者合二为一的。
本地方法栈也会抛StackOverflowError和OutOfMemoryError异常的。

堆

大多数情况下，Java堆是最大的一块内存区域。Java堆里存放的是对象实例，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。
这一块区域也是垃圾回收的主要区域。关于垃圾回收机制相关的知识，写在另一个博客里。
另外，堆是可扩展的，当要扩展时无法申请到足够的内存空间，就会抛出OutOfMemoryError。

方法区

方法区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。
在Java虚拟机规范中，是把方法区放在堆里的，但是大多虚拟机在实现的时候都把方法区单独存放，所以它逻辑上是属于堆的，实现上不一定，因此它有个Non-Heap(非堆)的别名。
这里只说HotSpot虚拟机的实现。jdk1.8之前方法区是被叫做永久代的，jdk1.8的方法区叫做元空间。jdk1.6及1.6之前方法区是被放在jvm里的，而jdk1.7开始，方法区就被放在本地内存了，但是jdk1.8的字符串常量池还是放在堆里的。