java虚拟机的内存模型

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一、为什么要了解java虚拟机的内存模型

java虚拟机作为java代码运行的平台，是java技术的基石。了解java虚拟机的内存模型也就变得十分必要。它能帮助我们更好的了解java代码的运行机制，更快的定位到一些bug，也能进行相关的性能调优等。

二、java虚拟机的内存模型

1.java堆（java heap）：

java虚拟机在启动的时候会创建java堆，它是java虚拟机所管理的内存最大的一块。

其作用就是存放对象的实例，几乎所有的对象都是在这里存放。

这个区域是由所有线程共享的，它也是垃圾回收的主战场。

从垃圾回收的角度看，由于收集器基本都采用分代收集的算法，所以又将堆分为新生代和老年代；新生代又可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

堆内存不要求物理上的连续，只要逻辑上连续即可。

如果堆中没有完成实例分配的空间，并且堆再也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.方法区（method area）：

方法区也是所有线程共享的。

java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是他还有一个别名叫做非堆（Non-Heap），也有一种说法叫永久代。

其主要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，根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

2.1运行时常量池（Runtime Constant Pool）

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，用于存放生成的各种字面量和符号的引用，这部分内容在类加载后进入方法去的运行时常量池中存放。

运行期也可以将新的常量放入常量池中，如String intern（）方法

3.java虚拟机栈（jvm stack）：

每一个线程都对应着一个java 栈，它属于线程私有，它的生命周期与线程相同。

每个方法执行时都会创建一个栈桢。每个方法从调用直结束就对应一个栈桢在java虚拟机栈中的入栈和出栈过程。

这个区域java虚拟机规范定义了两种异常状况：当线程的请求深度虚拟机允许的深度，将抛stackOverflowError异常；如果虚拟机可以动态扩展，并且无法申请到足够的内存时抛出OutOfMemoryError异常。

3.1、栈帧：每一个栈帧都对应着一个方法，它包含了局部变量表、操作数栈、动态连接、方法的返回地址和一些额外的附加信息。在代码编译的时候，栈帧中需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入了方法表的code属性中，因此一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于虚拟机的实现。位于java虚拟机栈栈顶的栈帧被成为当前栈帧，只有这个栈帧才是有效的，执行引擎运行的所有字节码指令都是针对当前栈帧操作的。

3.1.1、局部变量表：

主要存放了方法的参数和局部变量，也就是编译器可知的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、long、float、double）、对象的引用（并不是对象本身，可能是指针、对象的句柄或者其他与此类型相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）

其中64位的long和double类型的数据会占用两个局部变量空间（slot），其余的数据类型只占一个。

局部变量表所需要的内存空间，在编译其完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期不会改变局部变量表的大小。

3.1.2、操作数栈

操作数栈也称操作栈，同局部变量表一样也是在编译的时候就知道了栈的深度。当一个方法刚执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出战和入栈操作。

3.1.3、动态连接

每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属的方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接

3.1.4、方法的返回地址

当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法，一种是执行引擎遇到方法返回的字节码指令，这时候可能会有返回值传递给上层方法调用者。另一种方式是方法在执行过程中出现了异常，这个异常没有在方法体内得到处理，就会导致方法退出。

方法退出过程实际上就等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，把返回值压入调入者的操作数栈，调整pc计数器的值指向方法调用指令后面的一条指令等。

3.1.5、附加信息