初探 JVM 运行时数据区域

  笔者做为Java小菜鸡，近期在看JVM时发现本身很容易忘记JVM最基础的部分：运行时数据区域大体划分，特此摘记下来以便未来重温。

  话很少说，先上示意图

  正如图中所示，JVM数据区大体分为：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈（有些虚拟机厂商会选择将其与虚拟机栈结合）、Java堆、方法区（包含运行时常量池）以及直接内存（这部分实际上不属于Java虚拟机，可是在Java堆中有变量DirectByBuffer能够直接指向该区域）

  依次记录下本身对这些区域的理解：

• 程序计数器：属于线程私有的数据区，即每条线程都会有本身的程序计数器，这是一片比较小的内存区域，用来指示当前线程下一条执行的指令字节码的地址。有一点须要注意的，当线程执行的不是Java方法，而是Native方法的时候，程序计数器会设为空（Undefined）。
  • 该区域是惟一一片没有规定任何OutOfMemoryError的区域
• Java虚拟机栈：与程序计数器同样，是属于线程私有的，用来记录Java方法执行的内存模型
  • Java的方法在执行的时候都会为其建立一个栈帧，栈帧内保存的是此方法的局部变量表、操做数栈、动态连接、方法出入口等，每个方法在执行期间都对应着一个栈帧。
  • 局部变量表中存放的是编译期间所知的各类数据类型（基本数据类型+对象引用+returnAddress类型），进入方法时，此方法在帧中分配多大的局部变量表就彻底肯定了，而且在运行期间是不会改变变量表的大小的
• 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的做用及其类似，当时就笔者理解，Native栈负责记录的是Native服务或者是其余方法的信息。在有些虚拟机中会将这部分与虚拟机栈合并（如： Sun Hot Spot）
• Java 堆：分配内存区域最大的一块，几乎全部的对象实例都存放在这片区域。特别注意：这块区域是多条线程共享的区域
  • Java堆也是 GC （Garbage Collection）的主要区域，从GC收集器所使用的 分代收集算法 来看，这一部分又能细分为：新生代与老生代，再进一步细分能够划分为：Eden空间（永生代 占比8）、From Survivor 空间（From存活区 占比1）、To Survivor空间（To存活区 占比1）。可是从内存分配的角度来看，因为做为共享的区域，其也可划分为多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer），也就是咱们俗称的线程变量副本区域。
  • Java堆不要求使用连续的存储空间，只需逻辑连续便可
• 方法区（Method Area）：与Java堆同样，都属于多条线程共享的内存区域，它主要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（IL）等数据。
  • 又称Java 堆的逻辑区，可是与Java堆是由区分的。
  • 能够选择不对方法区进行GC。由于此区域GC的出现频率较低，也主要是针对常量池的回收和已加载类的卸载。
• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）：隶属方法区的一部分，在不少地方会单独将此部分拿出来讨论。
  • Class文件中除了类的基本信息（版本、字段、方法、接口等）还有此类的常量池（存放编译期间生成的各类字面量和符号引用），而这个常量池即是存放于运行时常量池中的（在类加载后）
  • 运行期间也能够对常量池进行扩充，例如：String.intern() 将会将此字符串对象的值写入常量池中并返回其在常量池中的引用。
• 直接内存：笔者的理解，与本地方法区的意图类似，借用非JVM的内存（本机的内存）进行操做。

  重新建一个对象的角度来看，当new关键字出现后，JVM会去检查new后的类是否已经加载到了方法区中（类的常量池等），若已经加载，则根据其所需内存在Java堆中为准备进行的实例化操做划分出一片内存区域。每次分配内存的时候，实际上会根据JVM采用的不一样的收集器决定其内存的分配方式（取决于收集器是否具备压缩整理的功能）大体分为两种分配方式：

1. 指针碰撞(Bump the pointer) 将内存区域划分为两片区域，一边是已经分配的内存区，一边是未分配的，中间依靠一个指针进行内存的分配（须要分配新的内存则将指针向下移动）。这种方式能确保内存分配的规整。
   • 使用常见的Serial、ParNew收集器（带有Compact过程）会采用此分配方式
2. 空闲列表（Free list）不要求内存的规整，须要维护一个记录内存分配状况的列表。
   • 使用基于 标记-清理(Mark-Sweep) 收集算法的收集器（如：CMS）会采用此分配方式

同时，有常见的两种方案用于保证能支持并发分配内存：对内存分配采用同步的机制以及采用TLAB。在内存分配后，JVM就会对分配的内存空间进行初始化（设为零值），而后确认该对象的类型、运行状态等信息（设置对象的对象头）。在完成上述的步骤后，从JVM的角度看，一个新对象已经生成了，接下来就开始执行程序员设置的init部分，按照咱们的意愿对此对象进行初始化了。

补充说明下：

• 对象的内存分配包含三块区域：对象头、实例数据、对齐填充。
• 对象的两种定位方式：句柄和直接指针