Java虚拟机（一）

NullPointer

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：

1、程序计数器
1.1、程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，他可看作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（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就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。
1.2、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，在任何一个确定是时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都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，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
1.3、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。
2、Java虚拟机栈
2.1、与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，她的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法运行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
2.2、经常有人把Java内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），Java内存区域的划分实际上远比这复杂的多，所谓的栈内存就是现在讲的虚拟机栈，或者说虚拟机栈局部变量表部分。
2.3、局部变量表存放了编译器可知的各种基本类型、对象引用和returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）。
2.4、其中64位长度的long和double类型的数据会占2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。
2.5、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，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的。在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
2.6、在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：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；如果虚拟机可动态扩展（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），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
3、本地方法栈
3.1、本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈发挥的作用是非常相似的，他们之间的区别只不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
3.2、在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由的实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
3.3、与虚拟机栈一样本地方法栈会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
4、Java堆
4.1、对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）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虚拟机规范中描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配，但随着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。
4.2、Java堆是垃圾收集齐管理的主要区域，因此很多时候也被称作GC堆。从内存回收的角度来看，Java堆中还可以细分为新生代和老年代，从内存分配的角度来看，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。
4.3、根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样，在实现时既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的。当前主流的虚拟机都是可扩展的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
5、方法区
5.1、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。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为唯一的一个逻辑部分，但是他却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
5.2、对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署的程序员来说，很多人更愿意把方法区叫做永久代。
5.3、当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
6、运行时常量池
6.1、运行时常量池（Runtime Constant Pool）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，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
6.2、Java虚拟机对Class文件每一部分（包括常量池）的格式都有严格规定，每一个字节用于存储那种数据都必须符合规范上的要求才会被虚拟机认可、装载和执行，但对于运行时的常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现可以按照自己的需要来实现这个内存区域，不过，一般来说。除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
6.3、运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用的比较多的就是String类的intern方法。
6.4、既然运行时常量池也是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
7、直接内存
7.1、直接内存（Direct Memory）并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，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
7.2、本季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，肯定还是会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大雨物理内存限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

fanvalen

当时看那本安卓什么的书讲Java虚拟机和Dalvik完全没弄懂

NullPointer

fanvalen 发表于 2016-12-10 19:23
当时看那本安卓什么的书讲Java虚拟机和Dalvik完全没弄懂

我也是Java小白，准备抽空学习下虚拟机，然后将自己学到的东西放这里，共同学习

xnzhan

学习，谢谢

babawoaini

表示不懂，我得慢慢消化，

brompton

感谢~！!!!