JVM、Java内存模型理解

JVM由那些部分组成，运行流程是什么

• JVM包含两个子系统和两个组件:

  1. 类加载子系统（Class Loader）
     类装载：根据给定的全限定名类名(如：java.lang.Object)来装载class文件到运行时数据区中的method area。
  2. 执行引擎（Execution engine）
     执行引擎: 执行classes中的指令
  3. 运行时数据区（Runtime data area)
     运行时数据区：JVM的内存
  4. 本地接口（Native Interface）
     本地接口: 与本地方法库交互，是其它编程语言交互的接口。

• 流程

  1. 首先通过编译器把 Java 代码转换成字节码。
  2. 类加载器（ClassLoader）再把字节码加载到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内。
  3. 而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层 *** 作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎，将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口来实现整个程序的功能。

JVM 运行时数据区

• JVM在运行 Java 程序的过程中会把管理的内存区域划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途。Java 虚拟机所管理的内存被划分为如下几个区域：
  1. 程序计数器（Program Counter Register）：存储当前线程所执行的字节码的行号，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令。

     为什么要线程计数器？因为线程是不具备记忆功能

  2. Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：每个方法在执行的同时都会在Java 虚拟机栈中创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量、 *** 作数栈、动态链接、方法出口等信息。

     栈帧就是Java虚拟机栈中的下一个单位

  3. 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的。

     Native 方法的源码大部分都是 C和C++ 的代码

  4. Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
  5. 方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。包含运行时常量池。

程序计数器（Program Counter Register）

1. 程序计数器是一块较小的内存空间，它保存线程接下来将要执行的字节码指令的地址(行号)
2. 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都有一个独立的程序计数器，来记录当前线程将要执行指令的地址，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，称之为“线程私有”的内存。程序计数器内存区域是虚拟机中唯一没有OOM情况的区域。

在java中最小的执行单位是线程，线程是要执行指令的，执行的指令最终 *** 作的就是我们的电脑，就是 CPU。在CPU上面去运行，有个非常不稳定的因素，叫做调度策略，这个调度策略是时基于时间片的，也就是当前的这一纳秒是分配给那个指令的。
假设线程A在看直播，突然，线程B来了一个视频电话，就会抢夺线程A的时间片，就会打断了线程A，线程A就会挂起，然后，视频电话结束，这时线程A究竟该干什么？因为线程不具备记忆功能，所以这个记忆就由程序计数器去做

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

1. Java虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期和线程相同。
2. 每个方法在执行的同时都会在Java虚拟机栈中创建一个栈帧（StackFrame）用于存储局部变量表、 *** 作数栈、动态链接、方法出口等信息。
   

• 局部变量表：是用来存储我们临时8个基本数据类型、对象引用地址、returnAddress类型。（returnAddress中保存的是return后要执行的字节码的指令地址。）
• *** 作数栈：例如代码中有个 i = 1+1，他在一开始的时候就会进行 *** 作，读取我们的代码，进行计算后再放入局部变量表中去。
• 动态链接：假如有个 service.b()方法，要链接到别的方法中去，这就是动态链接，存储链接的地方。
• 出口：出口正常的话就是return，不正常的话就是抛出异常落。

一个方法调用另一个方法（动态链接），会创建新的栈帧在上方，符合栈先进后出的特点。递归调用也是如此。

栈栈中不会存储成员变量，只会存储一个引用地址指向堆中的对象。

Java堆（Heap）

1. java堆（Java Heap）是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。
2. java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
3. 从内存回收角度来看java堆可分为：新生代和老生代（分代模型【G1之前】），G1逻辑上分代，物理上不分，之后为分区模型。
4. java堆可以处于物理上不连续的内存空间中。当前主流的虚拟机都是可扩展的（通过 -Xmx（最大堆大小） 和 -Xms（初始堆大小） 控制）。如果堆中没有内存可以完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OOM异常。

本地方法栈（Native Method Stack）

1. Java虚拟机栈用于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。
2. 本地方法栈，是线程私有的。

方法区（Methed Area）

1. 方法区是所有线程共享的内存区域，它用于存储已被Java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等数据。
2. 当方法区无法满足内存分配需求时，也会抛出OOM异常。
3. 其中分配了一块区域给运行时常量池

JVM中堆栈的区别

对比方面	JVM堆	JVM栈
物理地址	堆的物理地址分配对对象是不连续的，因此性能相比栈要差。在GC的时候也要考虑到不连续的分配，所以有各种算法	栈使用的是数据结构中的栈，先进后出的原则，物理地址分配是连续的。所以性能高
内存分配	堆因为是不连续的，所以分配的内存是在运行期确认的，因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。	栈是连续的，所以分配的内存大小要在编译期就确认，大小是固定的。
存放内容	对象的实例和数组，关注数据的存储	局部变量， *** 作数栈，返回结果等，关注方法的执行
可见度	堆对于整个应用程序都是共享、可见的。	栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。

PS: 静态变量放在方法区，静态的对象还是放在堆

浅拷贝和深拷贝

• 浅拷贝（shallowCopy）只是增加了一个指针指向已存在的内存地址。
• 深拷贝（deepCopy）是增加了一个指针并且申请了一块新的内存，使这个增加的指针指向这个新的内存。

内存泄漏

• 内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说，Java是有GC垃圾回收机制的，不再被使用的对象，会被GC自动回收掉，自动从内存中清除。
• 长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露， 尽管短生命周期对象已经不再需要，但是因为长生命周期对象持有它的引用而导致不能被回收.

经典案例：

1. 各种连接时忘记写close()方法，导致内存泄露
2. 单例模式里的单例对象，生命周期从单例加载开始一直到整个应用结束，如果单例对象持有其他短生命周期对象的应用，就会造成内存泄漏。
   …等等