JVM初学之JVM的运行时数据区

什么是JVM的运行时数据区：

看下图：

java虚拟机在该虚拟机进程运行过程中定义了各种各样的运行时数据区。用于存储java程序运行时各种不同的数据。有些运行时数据区是在java虚拟机进程开始时就创建，进程结束时销毁，但是一些运行时数据区是在线程创建时跟着创建，线程终止时销毁。

JVM六大运行时数据区：

堆。
方法区。
虚拟机栈。
本地方法栈。
程序计数器。
运行时常量池。

由于运行时常量池是在方法区中分配的，所以又通常会分为五大运行时数据区。

堆（Heap）：

定义：

堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，在虚拟机进程启动时创建，在虚拟机进程终止时销毁，被所有的线程共享。
几乎所有的java对象实例以及数组都在堆上分配。
当堆无法满足内存分配的需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区（Method Area）：

定义：

方法区会在虚拟机进程启动时创建，在虚拟机进程终止时销毁，被所有线程共享。
方法区主要用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量（存储在运行时常量池中）、静态变量、编译器编译后的代码，一些元信息等数据。
虽然java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫作Non-heap（非堆），主要目的是跟java堆区分开来。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
方法区在jdk 8 中就是metaspace（元空间），在jdk6或7中就是Perm Space（永久代）。
运行时常量池在方法区中分配。

运行时常量池（Runtime constant Pool）：

运行时常量池是方法区的一部分，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。

虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

定义：

虚拟机栈是一个线程执行的区域，是一个先进后出数据结构，保存着一个java线程的调用状态。换句话说，一个java线程的运行状态是由一个虚拟机栈保存的。所以虚拟机栈是线程私有的，随着线程的创建而创建，随着线程的终止而销毁。
虚拟机栈中存储的结构是栈帧（后面讲解）。
一个方法的执行开始，会把一个栈帧压入虚拟机栈中，方法执行完成时就把栈帧弹出虚拟机栈。
假如有如下代码：

public class XuNiJiZhan {public static void a(){d();}public static void c(){}public static void d(){c();}public static void main(String[] args) {a();}
}

那么大概的线程就是这样：

解释：

从代码看出线程先执行main方法，所以把main方法的栈帧压入虚拟机栈。
然后main方法中调用a方法，所以把a方法的栈帧压入虚拟机。
然后a方法调用d方法，所以把d方法的栈帧压入虚拟机。
然后d方法调用c方法，所以把c方法的栈帧压入虚拟机。
待得c方法执行完并返回时，c方法的栈帧会弹出，其他方法以此类推，直至虚拟机栈帧为空。

注意：

当一个线程的方法调用链太长，也就是说压入虚拟机栈的栈帧数量太大，超出一定数量时，就会报出StackOverflowError异常。
如果虚拟机可动态扩展的话，如果扩展时申请不到足够的内存，将会报出OutOfMemoryError异常。

栈帧：

每一个栈帧就对应一个一个方法的调用，可以理解为一个方法的运行空间。
每个栈帧中包括局部变量表、操作数栈（先进后出的栈结构）、动态链接（执行运行时常量池的引用），方法返回地址和一些附加信息。
局部变量表：存放了编译期可知的各种基本数据类型（int、double、char、float、boolean、short、byte、long）和对象引用、还有returnAddress（指向了一天字节码指令地址）。
对64位的double和long会占用两个局部变量空间（可以看作局部变量表的内存单位）。其余的数据类型占用一个。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，这个方法的栈帧的局部变量表所需的内存空间大小是完全确定的，且在方法运行区间不会改变。
看以下代码：

public class ZhanZhen {public static int testFrame(){int p1 = 3;int p2 = 5;int result = p1 + p2;return result;}public static void main(String[] args) {System.out.println(testFrame());}
}

javap反编译后代码以下字节码指令（取testFrame方法部分，对照源码看食用效果更佳）：

public static int testFrame();descriptor: ()Iflags: ACC_PUBLIC, ACC_STATICCode:stack=2, locals=3, args_size=00: iconst_3      //将int型3压入操作数栈栈顶。1: istore_0     //将操作数栈栈顶数值弹出并存入局部变量表中的第一个局部变量中。2: iconst_5   //将int型5压入操作数栈栈顶。3: istore_1    //将操作数栈栈顶数值弹出并存入局部变量表中的第二个局部变量中。4: iload_0   //将局部变量表第一个局部变量的值压入操作数栈中。5: iload_1  //将局部变量表第二个局部变量压的值入操作数栈中。6: iadd     //将栈顶的两个int型数值弹出并相加，相加后的值压入栈顶中。7: istore_2   //将操作数栈栈顶数值弹出并存入局部变量表中的第三个局部变量中。8: iload_2   //将局部变量表第三个局部变量的值压入操作数栈中。9: ireturn   //方法返回操作数栈栈顶的值。

本地方法栈（Native Method Stacks）：

基本效果与虚拟机栈相似。只不过它是在线程执行本地native方法时才会使用该栈，也是线程私有的。

程序计数器（The PC Register）：

占据一块较小的内存，记录着当前线程执行的虚拟机字节码指令地址。如果执行的方法时native方法，则该计数器为空。
因为在多线程环境下，cpu的调度会使得线程间切换。所以为了能在每个线程重新获取cpu时间片时能继续执行。所以每个线程会有一个记录当前执行的指令地址的程序计数器，使得线程能够继续执行。
每个线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储。
此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有任何规定OutOfMemoryError情况的区域。

谢谢查看。一起进步，加油！！！

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