JVM内存分区笔记

JVM内存分区笔记

JVM内存分区笔记

• JVM内存分区
• • 线程共享和线程隔离
  • 程序计数器
  • 虚拟机栈(Java方法栈)
  • • 栈帧
    • • 局部变量表(Local Variable)
      • *** 作数栈(Operand Stack)
      • 动态连接(Dynamic linking)
      • 返回地址(Return Address)
  • 本地方法栈
  • 方法区
  • • 方法区概念
    • 方法区-类型信息
    • 常量池（Constant Pool）
    • 运行时常量池
  • 堆

内存管理是JVM中的重要命题，当JVM对内存进行管理后降低了开发者的门槛，提高了程序的可维护性。
注：内存区域和内存模型并不是一个概念，内存模型传送门。

JVM内存分区

*** 作系统和JVM都进行了内存区域的划分，将连续的内存，抽象为不同作用的内存区域。Java的内存划分存在于更加上层的用户空间内的封装。JVM将内存划分为五个部分：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。

线程共享和线程隔离

线程共享：被所有线程共享的内存区域。包括 堆和方法区。
线程隔离：仅被当前线程独占的内存区域。包括 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。
当编程时，需要判断当前读写的数据是存在于哪类内存的，若是存在共享内存区域，则需要考虑是否存在线程安全问题。若是线程隔离区域则不需考虑。

程序计数器

硬件层面：在硬件层面程序计数器是一种寄存器，用来存储指令地址，提供给处理器执行。
软件层面：在JVM软件层面程序计数器作用一样，用来存储字节码的指令地址，提供给执行引擎去取址执行。
这两种程序计数器分别存在于硬件和软件中，实现方式不一样，但设计思想类似。

虚拟机栈(Java方法栈)

程序执行的过程对应着方法的调用，而方法的调用对应着栈帧的入栈出栈 *** 作。

栈帧

栈帧中主要存在四种结构：局部变量表、 *** 作数栈、动态连接、返回地址。

局部变量表(Local Variable)

栈帧通过方法源码来生成的，当调用该方法时，传入方法的参数类型、 局部变量的类型在源码中都是已经确定的。既然数量与类型都可以确定那么需要占用的存储空间也能确定。那么该如何进行存储呢，在 局部变量表中通过4字节的slot来存储。

*** 作数栈(Operand Stack)

OS层面： *** 作数是计算机指令的一部分。
栈帧 *** 作数栈：JVM用来存储 *** 作数的栈，这个 *** 作数大部分是方法内的变量。 *** 作数栈一可以存储 *** 作数(变量以及中间结果)，二能够方便指令顺序读取 *** 作数。虚拟机执行引擎在执行字节码指令的时候，会通过当前指令类型在 *** 作数栈中取出栈顶 *** 作数进行计算，然后将计算结果入栈，继续执行后续指令。

多个栈帧执行如下图：

动态连接(Dynamic linking)

OOP的主要特性是多态，而Java中的多态就是通过栈帧中的动态连接实现的。
概念：每个栈帧都包含一个执行运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接（Dynamic linking）。

Java类加载过程步骤“连接”中，JVM会将class对象(存储在方法区的运行时常量池中)中的部分符号引用(静态解析)，替换为直接引用。 有些方法由于多态的存在，JVM无法在类加载阶段确定被调用的具体类型，只能在运行时，真正产生调用时，根据实际的类型进行连接，即动态连接。

返回地址(Return Address)

当出现以下两种情况，当前方法就会返回：

• 正常情况：方法正常执行完成，然后返回。若方法B正常返回就代表栈帧B执行完成，此时调用栈帧A，由于栈帧B是被栈帧A调用的，栈帧B在退出虚拟机时需要把返回信息共享给栈帧A的 *** 作数栈，如上图。同时需要修改程序计数器的值，让程序能够继续执行下去。
• 异常情况：方法执行期间遇到异常情况，所以返回。若方法B异常返回，需要通过额外的异常处理器表来进行处理，其他和程序计数器相关的逻辑和正常情况类似。

public void funA(){
	funcB();
}
public void funB(){}

本地方法栈

本地方法：指的是非Java语言实现的函数，往往是由c/c++编写，和 *** 作系统相关性较强的底层函数(比如CAS)。
本地方法栈：就是为了支持本地方法的调用逻辑。

方法区 方法区概念

方法区是虚拟机规范中的抽象概念。其中规定了虚拟机必须有方法区这样的机构，但具体的实现可以灵活发挥。
具体实现：比如HotSpot虚拟机，在JDK8以前HotSpot的开发者将面向堆的分代设计复用到了方法区上，使用永久代来作为HotSpot上的方法区的实现，但是后来发现这种设计并不好，所以从JDK8开始借鉴了JRockit的设计思路，使用了元空间来代替永久代作为新的实现方式。

方法区是抽象概念，永久代/元空间是具体实现。

方法区-类型信息

类型信息：类加载的加载阶段，虚拟机会读取被编译后的class文件生成class对象，class对象存储了一些类型信息，这些信息就是存储在方法区内，这些信息有类的签名、属性、方法等。

常量池（Constant Pool）

作用：大部分类之间都存在相互调用关系，通过指针(即类加载中的符号引用)实现，在类A中存放类B的指针(符号引用)起到链接作用。
在虚拟机加载字节码文件的时候，首先加载的就是一些静态的符号引用，然后再类加载连接阶段(程序运行时)，将符号引用转化为直接引用。符号引用本身是从字节码中加载进来的，那么字节码就是通过常量池(Constant Pool)来存储关系这些符号引用及其他静态引用。

常量池像一张链接表，而一些源码中定义的常量字面量则存储在运行时常量池中。

运行时常量池

运行时常量池存储两大类数据：

• 编译期间产生的，主要是字节码中定义的静态信息。比如由字节码生成的class对象 (上文Constant Pool就包含在内)。由字节码生成的字面量，就是我们在编写代码时所定义的常量自变量。
• 运行期间产生的，这部分比较灵活，虚拟机开发者可以将必要的信息都放进去。比如运行时会将一部分的符号引用转化为直接引用，那么这些直接引用就可以存储进来。比如字符串常量池。

堆

堆，从JVM的规范上并没有进行严格意义上的分区，只是从不同角度去看，可以进行不同的逻辑划分。最主流最常见得是从垃圾回收的角度对堆内存进行划分。

学习视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1uQ4y1y7T2?spm_id_from=333.999.0.0