摘要：虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)分為以下幾個部分。程序計數(shù)器也是在虛擬機(jī)規(guī)范中唯一沒有規(guī)定任何異常情況的區(qū)域。在方法運(yùn)行期間不會改變局部變量表的大小。長度在位和位的虛擬機(jī)中，分別為官方稱它為。

本文參考的是周志明的 《深入理解Java虛擬機(jī)》第二章 ，為了整理思路，簡單記錄一下，方便后期查閱。

Java虛擬機(jī)在Java程序運(yùn)行時會將內(nèi)存區(qū)域劃分成若干個不同的區(qū)域,各自負(fù)責(zé)不同的職責(zé),這些區(qū)域都有各自的用途。

Java虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)分為以下幾個部分。

方法區(qū)、虛擬機(jī)棧、本地方法棧、堆、程序計數(shù)器，如下圖所示：

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程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看作當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼行號指示器。需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

程序計數(shù)器是線程私有，各線程之間互不影響。

在任何一個確定的時刻，一個處理器都只會執(zhí)行一條線程中的指令。

如果正在執(zhí)行java方法，計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址。

如果是native方法，則計數(shù)器值為空（native 方法 指得就是Java程序調(diào)用了非Java代碼，算是一種引入其它語言程序的接口）。

程序計數(shù)器也是在Java虛擬機(jī)規(guī)范中唯一沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError異常情況的區(qū)域。

可通過參數(shù) 棧幀是方法運(yùn)行期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧容量可由-Xss設(shè)置

Java虛擬機(jī)棧是線程私有的，它的生命周期與線程相同。

每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。

虛擬機(jī)棧是執(zhí)行Java方法的內(nèi)存模型(也就是字節(jié)碼)服務(wù)：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲 局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。

局部變量表：32位變量槽，存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對象引用、returnAddress類型。

操作數(shù)棧：基于棧的執(zhí)行引擎，虛擬機(jī)把操作數(shù)棧作為它的工作區(qū)，大多數(shù)指令都要從這里彈出數(shù)據(jù)、執(zhí)行運(yùn)算，然后把結(jié)果壓回操作數(shù)棧。

動態(tài)連接：每個棧幀都包含一個指向運(yùn)行時常量池（方法區(qū)的一部分）中該棧幀所屬方法的引用。持有這個引用是為了支持方法調(diào)用過程中的動態(tài)連接。Class文件的常量池中有大量的符號引用，字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就以常量池中指向方法的符號引用為參數(shù)。這些符號引用一部分會在類加載階段或第一次使用的時候轉(zhuǎn)化為直接引用，這種轉(zhuǎn)化稱為靜態(tài)解析。另一部分將在每一次的運(yùn)行期間轉(zhuǎn)化為直接應(yīng)用，這部分稱為動態(tài)連接

方法出口：返回方法被調(diào)用的位置，恢復(fù)上層方法的局部變量和操作數(shù)棧，如果無返回值，則把它壓入調(diào)用者的操作數(shù)棧。

局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的。

在方法運(yùn)行期間不會改變局部變量表的大小。主要存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對象引用 （reference類型）、returnAddress類型）。

如果線程請求的深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。

如果虛擬機(jī)棧動態(tài)擴(kuò)展，而擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存，就會拋出OutOfMemoryError異常。

可通過參數(shù) 棧容量可由-Xss設(shè)置

虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)。

本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。有的虛擬機(jī)（譬如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接就把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一。

可通過參數(shù) -Xms 初始堆大小和-Xmx 最大堆大小-Xmn 新生代` 設(shè)置

Java堆是被所有線程共享,是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊 Java堆在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建。

Java堆唯一的目的是存放對象實例，幾乎所有的對象實例和數(shù)組都在這里。

Java堆為了便于更好的回收和分配內(nèi)存，可以細(xì)分為,新生代和老年代

 **再細(xì)致一點(diǎn)的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor區(qū)**。

新生代：包括Eden區(qū)、From Survivor區(qū)、To Survivor區(qū)，系統(tǒng)默認(rèn)大小Eden:Survivor=8:1:1。

老年代：在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對象，就會被放到老年代中。因此，可以認(rèn)為老年代中存放的都是一些生命周期較長的對象。

Survivor空間等Java堆可以處在物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可（就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的）。

據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

可通過參數(shù)-XX:MaxPermSize設(shè)置

線程共享內(nèi)存區(qū)域，用于儲存已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量，即編譯器編譯后的代碼，方法區(qū)也稱持久代（Permanent Generation）。

雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來。

如何實現(xiàn)方法區(qū)，屬于虛擬機(jī)的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，不受虛擬機(jī)規(guī)范約束。

方法區(qū)主要存放java類定義信息，與垃圾回收關(guān)系不大，方法區(qū)可以選擇不實現(xiàn)垃圾回收,但不是沒有垃圾回收。

方法區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對常量池的回收和對類型的卸載。

運(yùn)行時常量池，也是方法區(qū)的一部分，虛擬機(jī)加載Class后把常量池中的數(shù)據(jù)放入運(yùn)行時常量池。

可通過參數(shù)-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize設(shè)置

常量池（Constant Pool）：常量池數(shù)據(jù)編譯期被確定，是Class文件中的一部分。存儲了類、方法、接口等中的常量，當(dāng)然也包括字符串常量。

字符串池/字符串常量池（String Pool/String Constant Pool）：是常量池中的一部分，存儲編譯期類中產(chǎn)生的字符串類型數(shù)據(jù)。

運(yùn)行時常量池（Runtime Constant Pool）：方法區(qū)的一部分，所有線程共享。虛擬機(jī)加載Class后把常量池中的數(shù)據(jù)放入到運(yùn)行時常量池。常量池：可以理解為Class文件之中的資源倉庫，它是Class文件結(jié)構(gòu)中與其他項目資源關(guān)聯(lián)最多的數(shù)據(jù)類型。

常量池中主要存放兩大類常量：字面量（Literal）和符號引用（Symbolic Reference）。

字面量：文本字符串、聲明為final的常量值等；。

符號引用：類和接口的完全限定名（Fully Qualified Name）、字段的名稱和描述符（Descriptor）、方法的名稱和描述符。

JDK1.6之前字符串常量池位于方法區(qū)之中。

JDK1.7字符串常量池已經(jīng)被挪到堆之中。

可通過-XX:MaxDirectMemorySize指定，如果不指定，則默認(rèn)與Java堆的最大值（-Xmx指定）一樣。

直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但是這部分內(nèi)存也被頻繁地使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。

主要探討HotSpot虛擬機(jī)在Java堆中對象分配、布局和訪問的全過程

虛擬機(jī)遇到new指令時

首先去檢查這個指令的參數(shù)能否在常量池中定位到一個類的符號引用，并且檢查引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過。如果沒有，則執(zhí)行類加載過程（第7章 虛擬機(jī)類加載機(jī)制）。

加載檢查通過后，分配內(nèi)存（內(nèi)存在類加載完成后便可完全確定）。

內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)對對象進(jìn)行必要的設(shè)置，如對象是哪個類的實例、如何找到類的元數(shù)據(jù)信息等(都放在對象的對象頭中)。

從虛擬機(jī)角度看，一個新的對象產(chǎn)生了，但從java程序視角看，對象創(chuàng)建才剛剛開始，因為方法還沒有執(zhí)行，，所有字段為零。執(zhí)行new指令之后會接著執(zhí)行方法（構(gòu)造方法），進(jìn)行初始化，這樣一個真正可用的對象才算完成產(chǎn)生。

對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域：對象頭、實例數(shù)據(jù)、對齊填充

對象頭包含兩部分（Header）

存儲對象自身的 運(yùn)行時數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC分代年齡等。長度在32位和64位的虛擬機(jī)中，分別為32bit、 64bit,官方稱它為“Mark Word”。

類型指針，對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。

注：如果對象是一個java數(shù)組，對象頭中還必須有一塊記錄數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)

實例數(shù)據(jù)（InstanceData）

對象真正存儲的有用信息，也是程序中定義的各種類型的字段內(nèi)容。

對齊填充（Padding）

由于HotSpot虛擬機(jī)要求對象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，通俗的說，就是對象大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。對象頭正好是8字節(jié)的倍數(shù)。當(dāng)實例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時，需要通過對齊填充來補(bǔ)全。

Java程序通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。

不同虛擬機(jī)實現(xiàn)的對象訪問方式會有所不同，目前主流的訪問方式有兩種：使用句柄和直接指針。

使用句柄 是間接訪問，優(yōu)點(diǎn)是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址，對象移動時只會改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針。

使用直接指針 是直接訪問，優(yōu)點(diǎn)就是速度快。

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《深入理解Java虛擬機(jī)：JVM高級特性與最佳實踐_周志明.高清掃描版.pdf》

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《深入理解Java虛擬機(jī)》（一）Java虛擬機(jī)發(fā)展史

《深入理解Java虛擬機(jī)》（二）Java虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

《深入理解Java虛擬機(jī)》（三）垃圾收集器與內(nèi)存分配策略

《深入理解Java虛擬機(jī)》（四）虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具

《深入理解Java虛擬機(jī)》（五）JVM調(diào)優(yōu) - 工具

《深入理解Java虛擬機(jī)》（六）堆內(nèi)存使用分析，GC 日志解讀

作者：鵬磊

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