Java：JVM基础

参考

JavaGuide

JVM内存区域

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，各线程之间计数器互不影响。
程序计数器是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域，它的生命周期与线程同步。

虚拟机栈

除了一些Native方法调用通过本地方法栈实现，其他所有的Java方法调用都是通过栈来实现的，每一次方法调用都会入栈，每一个方法返回都会出栈，每个方法对应一个栈帧，栈帧内部结构如下：

• 局部变量表：存放了编译时可知的各种数据类型和对象引用。
• 操作数栈：主要作为方法调用的中转站，用于存放方法执行过程中产生的中间计算结果和临时变量。
• 动态链接：当一个方法要调用其他方法时，需要将符号引用转换为调用方法的直接引用，即动态链接。
• 方法返回：一种是随return语句正常返回，一种是抛出异常，两种都会导致栈帧被弹出，方法结束。

本地方法栈

类似于虚拟机栈，虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（字节码）服务，本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务，在HotSpot虚拟机中，两栈合二为一。
Native方法被执行时在本地方法栈也会创建栈帧，结构同上。

堆

堆是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，唯一作用是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。

但随着JIT编译器的发展产生了逃逸分析技术，如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用，那么对象可以直接在栈上分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，在JDK7及之前，堆从垃圾回收的角度被划分为新生代、老年代和永久代；在JDK8之后永久代被元空间取代，元空间使用本地内存。

方法区

方法区是一种设计规范，属于JVM运行时数据区域的一块逻辑区域，是各个线程共享的内存区域，当虚拟机要使用一个类时，它需要读取并解析Class文件获取相关信息，再将信息存入方法区，主要是类信息、字段信息、方法信息、常量、静态变量等。

永久代和元空间是实现方法区的两种方式，弃用永久代的主要原因是： 整个永久代有一个JVM本身设定的固定上限，不能调整，而元空间放在本地内存，不容易溢出。

符号引用与直接引用

符号引用以一组符号来描述所引用的目标，可以是任何形式的字面量，比如类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符等，在编译期或者运行期间生成，不依赖于具体的内存地址，而是在运行时根据上下文信息去定位目标。

直接引用时一种直接指向目标的内存地址或者偏移量，与内存地址直接相关，如指向对象实例的指针、指向类的变量的指针等。

在程序运行时需要通过符号引用来找到对应的直接引用，这个过程称为解析，他是Java虚拟机执行引擎的一部分。

使用两种引用的原因：

• 动态链接：符号引用提供了一种在编译期间和运行期间都能定位目标的方法，使得Java能实现动态链接，即在运行时才确定最终目标。
• 运行时多态：符号引用提供了一种描述方法的方式，同上。
• 内存管理：使虚拟机更灵活地进行内存管理，如动态加载和卸载类。
• 平台无关性：不需要针对不同平台进行特定的编译或链接。

运行时常量池

常量池表，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，类似符号表。

字面量是源代码中的固定值，包括整数、浮点数和字符串字面量。
符号引用包括类符号引用、字段符号引用、方法符号引用、接口方法符号等。

字符串常量池

字符串常量池是JVM为了提升性能和减少内存消耗针对字符串专门开辟的一块区域，主要是为了避免重复创建字符串。

JDK1.7将字符串常量池移动到堆中，因为永久代垃圾回收效率太低，只有在整堆收集的时候才会被执行，而大量字符串通常是需要被及时回收的，因此移动到堆中。

直接内存

直接内存是一种特殊的内存缓冲区，通过JNI的方式在本地内存中分配。
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