JVM运行时内存结构-数据区

　　JVM在运行时将数据划分为6个区来储存，而不仅仅是大家所熟悉的Stack和Heap区域，这6个区域的示意图如下:

　　　　　　　　　　　　　　　

PC寄存器、Java栈、本地方法栈是每个线程独自拥有的，其他区域是整个JVM实例中的所有线程共有的。

 

第一块：PC 寄存器

　　每一个线程都拥有一个PC Register，当线程启动（start）时，PC Register被创建。

　　用于存储每个线程下一步该执行的字节码指令（JVM指令）的地址，如该方法是native的，则寄存器中不存储任何信息。

第二块：JVM栈

　　JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本数据类型变量，部分的返回结果以及Stack Frame,对象则在栈上保存一个指向堆上的地址。

　　栈存放着一系列的栈帧（Stack Frame），JVM只能进行压入（Push）和弹出（Pop）栈帧这两种操作。每当调用一个方法时，JVM就往栈里压入一个栈帧，方法结束返回时弹出栈帧。如果方法执行时出现异常，可以调用printStackTrace等方法来查看栈的情况。

　　　　　　　

 　　现在我们再来详细看看每一个栈帧中都放着什么东西。从示意图很容易看出，每个栈帧包含三个部分：本地变量数组，操作数栈，方法所属类的常量池引用。

　　※局部（本地）变量数组：从0开始按顺序存放方法所属对象的引用、传递给方法的参数、局部变量。

举个例子：

public void doSomething(int a, double b, Object o) {
...
}

这个方法的栈帧中的局部变量存储的内容分别是：

0: this
1: a
2,3:b
4:0

看仔细了，其中double类型的b需要两个连续的索引。取值的时候，取出的是2这个索引中的值。如果是静态方法，则数组第0个不存放this引用，而是直接存储传递的参数。

 

　　※操作数栈

操作数栈中存放方法执行时的一些中间变量，JVM在执行方法时压入或者弹出这些变量。其实，操作数栈是方法真正工作的地方，执行方法时，局部变量数组与操作数栈根据方法定义进行数据交换。例如，执行以下代码时，操作数栈的情况如下：

int a = 100;
int b = 98;
int c = a + b;

注意在这个图中，操作数栈的地步是在上边，所以先压入的100位于上方。可以看出，操作数栈其实是一个数据临时存储区，存放一些中间变量，方法结束了，操作数栈也就没有啦。

 

　　※栈帧中数据引用

除了局部变量数组和操作数栈之外，栈帧还需要一个常量池的引用。当JVM执行到需要常量池的数据时，就是通过这个引用来访问常量池的。

栈帧中的数据还要负责处理方法的返回和异常。

如果通过return返回，则将该方法的栈帧从Java栈中弹出。如果方法有返回值，则将返回值压入到调用该方法的方法的操作数栈中。

另外，数据区中还保存中该方法可能的异常表的引用。

下面的例子用来说明：

class Example3C{
　　public static void addAndPrint(){
　　　　double result = addTwoTypes(1,88.88);
　　　　System.out.println(result);
　　}
　　public static double addTwoTypes(int i, double d){
　　　　return i+d;
　　}

}

执行上述代码时，Java栈如下图所示：

花些时间好好研究上图。一样需要注意的是，栈的底部在上方，先压入addAndPrint方法的栈帧，再压入addTwoTypes方法的栈帧。

 

第三块：本地方法堆栈(Native Method Stacks)

　　JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。

　　当程序通过JNI（Java Native Interface）调用本地方法（如C或者C++代码）时，就根据本地方法的语言类型建立相应的栈。

 

第四块：堆(Heap)

　　用来储存对象实例和以及数组值的区域，这些对象由GC负责回收。

　　JAVA将Heap分为New Generation和Old Generation两块来进行管理：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　(1)New Generation(新生代)

　　　　程序中新生成的对象都分配在这里，新生代又由Eden Space和两块Survivor Space构成。可用-Xmn参数来指定其大小。

　　(2)Old Generation(旧生代)

　　　　经过几次垃圾回收还存活的对象则进入旧生代，例如缓存的对象等。旧生代占用的内存大小为-Xmx减去-Xmn的大小。

　　对堆的解释：

　　（1）堆是JVM中所有线程共享的，因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比较大的

　　（2）鉴于上面的原因，Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率，对于所创建的线程都会分配一块独立的空间，这块空间又称为TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根据运行的情况计算而得，在TLAB上分配对象时不需要加锁，因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配，在这种情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的，但如果对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配

　　（3）TLAB仅作用于新生代的Eden Space 但这种方法同时也带来了两个问题，一是空间的浪费，二是对象内存的回收上仍然没法做到像Stack那么高效，同时也会增加回收时的资源的消耗，因此在编写Java程序时，通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效，通过在启动参数上增加-XX:+PrintTLAB来查看TLAB这块的使用情况。

 

第五块：方法区域(Method Area)

　　(1)方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，可见方法区域的重要性，同样，方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。

　　(2)在Sun JDK中这块区域对应的为Permanet Generation，又称为持久代，默认为64M，可通过-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize来指定其大小。

  

第六块：运行时常量池(Runtime Constant Pool)

　　运行常量池本应该属于方法区，但是由于其重要性，JVM规范将其独立出来说明。

　　类似C中的符号表，存放类和接口的常量、方法和Field的引用信息等。当一个方法或者Field被引用的时候，JVM就通过运行常量池中的这些引用来查找方法和Field在内存中的的实际地址。

　　其空间从方法区域中分配。