开篇闲话：

王侯将相皆有封地，大小根据爵位高低而不同，等级森严。在计算机世界里，大boss(操作系统)很公平，给大家(进程)都分配了同样的内存大小(虽然这也是个假象)。我们的主角JVM出生的那天，大boss跟他说，你有4G的宅基地(内存空间)可以使用，让他好好想想怎么用，用的不好，年轻人，你将永无出头之日啊！

小主JVM虽然年纪小，但是思考的深度不亚于他的爸爸 James Gosling。把自家的一亩三分地管理地不仅秩序井然，还年年硕果累累。

预备知识：认识内存

1、内存是存放数据与指令的地方，cpu从缓存和内存中获取指令和数据执行程序。

2、JVM的内存区域是操作系统分配的一段内存空间，不能抛开计算机内存管理单看JVM的内存管理。(了解操作系统、cpu、主存、I/O设备如何运行与协作很重要，它能让你总揽全局而非以偏概全)

3、JVM屏蔽了各操作系统的指令集的区别，程序的数据和指令加载到内存中，通过JVM运行，最终也是通过JVM将这些指令转化为机器语言(比如汇编语言)，由cpu中的运算器和寄存器等进行运算。

1、计算机内存模型

现在的计算机模型来自于冯·诺伊曼计算机结构，它解决了人类运算思维的机器实现和延展，可进行大量的复杂运算，同时也存在诸多的问题(比如数据同步的问题等)。内存在计算机中扮演的角色是指令和数据的存储，与cpu合作完成程序运行。假设需要计算1+1=？，内存中的状态可简化为：

冯·诺伊曼计算机结构原理

①内存中存放程序指令MOVE[504]EAX(将地址为504处的内存值复制到寄存器EAX中)、MOVE[505]EBX、ADD EAX EBX(将寄存器中EAX和EBX中的值相加放在EBX)；

②内存的每个存储单元存储的是指令还是值，由程序自己解析

2、内存的运行效率

计算机各个部分

类比厨师做菜，需要食材，食材可来源于超级市场、蔬果市场或者便利店，市场储藏的位置远近决定了厨师做出菜肴的效率。类似的，程序运行需要数据，程序的数据在文件、输入设备、内存、缓存中，各个设备的工作原理的差别，导致运行的效率区别天差地别：

cpu读取数据优先从缓存中读取(一级、二级、三级)，如果没有就到内存中读取。如果cpu的延迟时间是1s，则内存的延迟为100-360s，速度很快。数据在缓存和内存中均不存在，需要从硬盘中读取，那就要等上1-12个月。内存很重要的一个职责就是做为硬盘的缓冲区，大大提升运行效率。

JVM内存模型及管理机制

1、运行时数据区

java虚拟机运行时数据区

①程序计数器：

程序计数器(program counter register)是一块较小的存储空间，它是每个线程私有的内存区域，主要的作用是记住当前程序执行到哪条指令，以便在线程切换后可以准确的继续执行指令。

怎么记录呢，记录什么呢？其实很简单，就是记录指令的内存地址。

程序计数器记录字节码指令的地址

②java虚拟机栈

虚拟机栈属于线程私有，与线程同生共死。每当调用一个方法时，即在虚拟机栈中创建一个函数栈帧：

虚拟机栈模型

局部变量表：

1、存放编译期可知的各种基本类型(boolean，byte，char，short，int，long，float，double)、对象引用类型(指向对象地址起始位置的指针或代表对象的句柄)；

2、存储的单元称为slot，大小为32位；

3、数组结构，通过索引访问；

4、局部变量表的空间大小(slot数量)在编译期便确定下来。

操作数栈：

1、被称为“基于栈的执行引擎”

2、操作数栈是执行字节码指令时，进行运算的单元；

3、数组结构，通过栈操作(压栈和出栈)来访问，下面的代码展示了0与1相加时操作数栈运行的字节码指令：

iload_0 // 将int类型的数字0压入栈中

iload_1 // 将int类型的1压入栈中

iadd // 将刚才压入的两个数字pop出去，相加，压入栈中

istore_2 // 将值pop到局部变量表中slot为2的地方

③方法区：

各个线程共享的内存区域，用于存储已经被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

方法区存放的数据

④方法区中的运行时常量池

java的Class文件中包含类的版本、字段、方法、接口等的描述信息，还有一项：常量池，用于存放编译期生成的字面量和符号引用。这部分内容将在类加载到方法区后，存放在方法区的运行时常量池。

运行时常量池的存在是因为常量池的内容是可以动态改变的，不仅仅是编译期确定的常量池内容。

⑤对象的内存布局

1、对象可不是我们平常画一个圆圈，标注“对象”两个字那么简单。它是用来存储运行时数据的地方；

2、对象分配的内存空间中主要包含三个部分：对象头、实例数据和对齐填充(包含的信息如图所示)；

3、需要特别说明的是“实例数据”，这部分存储的是有效信息，就是在类代码中定义的字段内容(包含成员变量和局部变量，这是我个人的理解，待探讨)，包含继承自父类的字段。

对象的内存布局示意图

⑥如何找到对象

我们在函数栈帧中会用reference代表对象的类型，通过refrence来定位对象。在jvm规范中并没有明确定义reference，现在主流的实现方式有两种：

1、指针：reference指向堆中对象，指针指向方法区的对象类型数据；

2、句柄：堆中划分一片内存做为句柄池，reference存储的是对象的句柄地址，句柄中包含对象实例数据和类型数据的地址

深入理解JVM--句柄池

深入理解JVM--指针

最后，上张图，纵览一下全局：

JVM内存布局示意图