JVM的组成--运行时数据区

JVM的组成

1、类加载器（ClassLoader）

类加载器负责将字节码文件从文件系统中加载到JVM中，分为：加载、链接（验证、准备、解析）、和初始化三个阶段

2、运行时数据区

运行时数据区包括：程序计数器、虚拟机栈、堆、本地方法栈、方法区（元空间）

3、执行引擎

执行引擎负责将字节码(.class)解释或编译为机器码并执行。包括：解释器、即时编译器（JIT）、垃圾回收器

4、本地方法接口

本地方法接口提供JVM与本地方法库（如C/C++库）的交互能力，使得Java程序可以调用本地方法

一 程序计数器

程序计数器 ：是线程私有的，内部保存字节码（.class文件）的行号。用于记录正在执行的字节码指令的地址

由于是线程私有的，所以不会有线程安全问题

使用javap -v xx.class 可以打印堆栈大小，局部变量的数量和方法的参数

可以看到如下图：

class的每一行都被解析成更多的执行命令（指令），每一行前面都有一个行号（地址），记录程序已经执行到哪一行

有什么用呢？比如：当线程1 执行到第10行，这个时候如果CPU被线程2抢走了

等到下次执行的时候，线程1不必从头执行，直接从第10行继续执行

这就是程序计数器的作用

二 堆

堆是线程共享的区域，主要用来保存对象实例，数组等大的、或者生命周期长的对象，当那个堆中没有内存空间可分配给实例，也无法再扩展时，则抛出OutOfMemoryError异常

既然是线程共享的区域，就说明可能有线程安全的问题

如图所示，堆分为两块区域

1、年轻代：分为Eden区，两个大小严格相同的Survivor区S0和S1

根据GC的策略，在经过几次垃圾回收后，仍然存活于Survivor区的对象将被移动到老年代

2、老年代：主要保存一些声明周期长的对象，一般是一些老的对象

三 虚拟机栈

Java Virtual machine Stacks（Java虚拟机栈）：

1、是每个线程运行时所需的内存，称为虚拟机栈，先进后出，一般会用来存储局部变量、方法调用

保存局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息

2、如果有多个线程，则会创建多个虚拟机栈，因此只要是在虚拟机栈内，则是线程安全的

每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存，一个方法一个栈帧

当方法调用方法时，就会在栈中，出现一条栈帧链

3、每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

如图：方法1调用方法2，方法2调用方法3

则方法1的栈帧，就会先进入栈中，然后调用方法2，方法2的栈帧进入栈中，其次是方法3的栈帧3

最后：当方法3执行完毕，则方法3的栈帧先弹出（弹栈），然后是方法2的栈帧2，最后是栈帧1

3.1 垃圾回收是否涉及栈内存？

不涉及，垃圾回收指的是 回收 堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放

3.2 栈内存分配越大越好吗？

未必，默认的栈内存通常为1024K，也就是1MB

栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512MB，目前能活动的线程数就为512个（每个线程1MB），但是如果把栈内存改为2048K，也就是2MB，那么能够活动的栈帧就会减半

3.3 方法内的局部变量是否线程安全？

上面说到，在同一个虚拟机栈内，是线程安全的，但是就一定能说明方法内的局部变量是线程安全的吗？

不一定

如果方法内的局部变量没有逃离方法的作用范围，则这个局部变量是线程安全的

如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，则需要考虑线程安全的问题

3.4 栈内存会溢出吗

栈内存是线程私有的，会有内存溢出的问题吗？

有的兄弟，有的

1、栈帧过多导致的内存溢出，典型问题：递归调用

如下的无限递归调用，会导致栈帧有无限多个，导致栈内存溢出

2、栈帧过大导致栈内存溢出

这个不太容易出现，因为一个栈帧一般最大可以有1MB的内存大小，一般不会溢出

3.5 堆和栈的区别是什么

1、栈内存一般会用来存储局部变量、方法调用；但是堆内存是用来存储Java对象和数组的。

堆会GC垃圾回收，而栈不会

2、栈内存是线程私有的，而堆内存是线程共有的

3、两者内存溢出的报错不同：

栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError

堆内存不足：java.lang.OutOfMemoreError

四 方法区（元空间）

1、方法区（Method Area）是各个线程共享的内存区间，用的是本地内存，也就是操作系统的内存

注意，是操作系统中的内存

2、主要存储类的信息、运行时常量池等

3、虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放

4、如果方法区的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError:MetaSpace

元空间是没有上限的，除非达到虚拟机内存的大小，或者你手动设值一个元空间的最大值

比如你通过如下命令：-XX:MaxMetaspaceSize=8m

修改元空间最大值为8MB，然后你开一个循环，使用ClassWriter加载10000个类，就可能把元空间撑爆：

MaxMetaspaceSize is too small

4.1 直接内存是什么？

直接内存不属于JVM的内存结构，不由JVM进行管理。是虚拟机的系统内存

常见于NIO操作时，用于数据缓冲区，分配回收成本较高，但读写能力高，不受JVM内存回收管理

因为Java代码是无法直接操作内存的，只能通过建立一个java缓冲区byte[]，拷贝系统缓存区的数据，所以会比直接NIO操作直接内存来的慢

五 本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）是JVM中为执行本地方法（Native Method）而准备的一块内存区域。本地方法指的是使用Java以外的语言（例如C或C++）编写，并通过JNI（Java Native Interface）或其他方式被Java程序调用的方法。

如果你在jdk中看到native修饰的方法，那么就是本地方法