读书笔记：深入理解java虚拟机（一）虚拟机的运行时的数据区域

最近在看深入了解java虚拟机第一版（周志明著），特此写读书笔记，整理其中重要的东西和自己的理解。

”java与c++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出去”

这堵墙所说就是虚拟机，书中也提到了为什么要学习虚拟机：

对于Java程序员来说，在虚拟机的自动内存管理机制的帮助下，不在需要为每一个new的操作去写配对的delete/free代码而且不容易出现内存泄漏和内存溢出的问题，但是由于内存控制的权力全在交给了虚拟机，所以一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果程序员不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误是一件异常艰难的事情。

java虚拟机运行时的数据区域：

java虚拟机在执行java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则是依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。java虚拟机所管理的内存将会包含以下几个运行时数据区域：

程序计数器：

较小的内存空间，它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、调整、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器。

由于java虚拟机的多线程时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时一个内核）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，独立储存，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的字节码指令的地址，如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器的值为空，此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMenoryError情况的区域。

java虚拟机栈：

和程序计数器一样都是线程私有的，即它的生命与线程是一样的，虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法被执行时都会同时创建一个栈帧用于储存局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表：

此表存放了编译器可知的各种基本的数据类型（int、char等）、对象引用类型（reference类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

reference类型就是的引用类型：有4种引用：强引用、弱引用、软引用、虚引用。

对于这个区域存在两种异常状况：1.如果线程请求的栈深度太深大于虚拟机允许的深度，将抛出StackOverflowError 2.如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈：

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用时非常相似的，其区别是虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，而本地方法则是为了虚拟机使用的Native方法服务。本地方法栈和虚拟机栈一样会抛出两个异常。

java堆：

java堆是java虚拟机所管理内存中最大的一块。java堆是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是为了存放对象实例，几乎所有的对象都在这里分配内存，同时java堆也是垃圾收集器管理的主要区域。

方法区：

方法区和java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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。

运行时常量池：

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项就是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在内加载后存放到方法区的运行常量池里面，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存：

直接内存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，但是这部分内存也频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。