JVM-运行时数据区

1. Program Counter Register(PC) 存放指令位置

因为CPU需要不停的切换各个线程，切换回来的时候，就得知道从哪开始继续执行，所以为了实现这个需求（需要记录下一次执行的指令地址）才有了PC来存放。但是，PC寄存器是线程私有的，为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器，这样一来各个线程之间便可以进行独立计算，从而不会出现相互干扰的情况。

这里，并非是广义上所指的物理寄存器，或许将其翻译为PC计数器（或指令计数器）会更加贴切(也称为程序钩子)，并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。

虚拟机的运行，类似于这样的循环：

	while(not end){

	取PC中的位置，找到对应的位置指令；

	执行指令

	PC++

	}

2. JVM stacks（栈）

• stacks里面存的是多个frame（栈帧），每个方法会对应一个栈帧。
• ⚠️注意： StackOverFlowError 表示当前线程申请的栈超过了事先定好的栈的最大深度，但内存空间可能还有很多。而 OutOfMemoryError 是指当线程申请栈时发现栈已经满了，而且内存也全都用光了

本地方法栈 当调用的是原生native方法的时候，需要寄存到本地方法栈当中
虚拟机栈 专门为调用jvm内部方法所提供的一个栈

但是在主流的Hotspot虚拟机中本地虚拟栈和虚拟机栈已经被融合成了一体，所以并没有过多的区别。

2-1 *** 作数栈

• 在方法的执行过程中，各种字节码指令会往 *** 作数栈中写入和提取内容(如上图)，也就是出栈/入栈 *** 作， *** 作数栈的深度都不会超过在code属性中的maxstacks数据项中设定的最大值，如果当前线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常。

2-2局部变量表

• 记录变量

• 局部变量表的容量以变量槽（Variable Slot，下称Slot）为最小单位，一个Slot可以存放一个32位以内的数据类型，每个槽都应该能存放一个boolean、byte、char、short，int，float、reference或returnAddress类型的数据。
• 对于64位的数据类型，虚拟机会以高位对齐的方式为其分配两个连续的引Slot空间。Java语言中明确的（reference类型则可能是32位也可能是64位），64位的数据类型只有long和double两种。
• 为了尽可能节省栈帧空间，局部变量表中的Slot是可以重用的，方法体中定义的变量，其作用域并不一定会覆盖整个方法体，如果当前字节码PC计数器的值已经超出了某个变量的作用域，那这个变量对应的Slot就可以交给其他变量使用。

2-3 动态链接

• 将符号引用解析为直接引用

符号引用即用用字符串符号的形式来表示引用，其实被引用的类、方法或者变量还没有被加载到内存中。而直接引用则是有具体引用地址的指针，被引用的类、方法或者变量已经被加载到内存中。以变量举个例子：

//符号引用
String str = "abc";
System.out.println("str=" + str);
// 直接引用
System.out.println("str=" + "abc");

2-4 返回值地址

• 就是当方法执行完成后，需要返回到调用方的地址，以保证程序的继续往下运行。

invoke(指令集)

1. invokeStatic：调用静态方法
2. invokeVirtual：调用虚方法，运行期动态查找的过程，多数调用方法，自带多态
3. invokeInterface：抵用接口中的方法，实际上是在运行期决定的，决定到底调用实现该接口的哪个对象的特定方法
4. inovkeSpecial：调用构造方法，private方法，可以直接定位不需要多态的方法
5. invokeDynamic：lambda表达式或者反射或者其他动态语言（scala，kotlin）或者GCLib

3. 堆(Heap)

所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上

几乎所有的对象实例都在这里分配内存,但是少数情况下，堆可以额外开辟一个空间用于给线程存储一些属于它们专有的buffer。这种技术叫做TLAB，属于栈上分配技术。

数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。

垃圾收集器大部分都基于分代收集理论设计，堆空间细分为：

• Java 7及之前堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+永久区

  Young Generation Space ： 新生区 Young/New
  又被划分为Eden区和Survivor区
  Tenure generation space： 养老区 Old/Tenure
  Permanent Space：永久区 Perm

• Java 8及之后堆内存逻辑上分为三部分：新生区+养老区+元空间

  Young Generation Space：新生区 Young/New
  又被划分为Eden区和Survivor区
  Tenure generation space ：养老区 Old/Tenure
  Meta Space ：元空间 Meta

Java堆区用于存储Java对象实例，堆的大小在JVM启动时就已经设定好了，可以通过选项-Xmx和-Xms来进行设置。

• -Xms：用于表示堆区的起始内存，等价于-xx:InitialHeapSize
• -Xmx：则用于表示堆区的最大内存，等价于-XX:MaxHeapSize

4. Method Area（逻辑概念）

• 方法区是堆的一个逻辑部分，它与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，甚至还可以选择不实现垃圾回收。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。内存回收效率低，回收一遍内存之后可能只有少量信息无效。
• 1.8之间也可以称作PermSpace，在1.8之后称作MetaSpace。
• 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误：ava.lang.OutofMemoryError：PermGen space 或者java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace

tips

1. perm space < 1.8

   字符串常量位于PermSpace

   FGC不会清理

2. meta space >= 1.8

   字符串常量位于堆

   会触发FGC清理

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

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，还有一项信息是常量池表(Constant Pool Table)，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

5. 直接内存（Direct Memory）

在JDK4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的 I/O 方式，它可以使用 Native 方法库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆里面的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行 *** 作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。相当于jvm可以直接访问的内核空间的内存（OS管理的内存），NIO提高效率0拷贝