java虚拟机与jvm内存模型

1.Java虚拟机本质与编译器由来

       Java虚拟机jvm（一个c/c++程序而已，当然也有其他语法实现的）其实是一个进程虚拟机--上面跑进程的（，普通服务器虚拟机是跑操作系统的），启动一个java程序就是启动一个java虚拟机上面跑这个java程序，这个启动的java虚拟机对操作系统来说其实就是一个（c++）进程，这个进程会调用本地方法（java中叫本地方法，其实就是C/C++的库函数，C/C++汇编语言编写，编译成和处理器相关的机器代码，存储在动态链接库中）

      Java虚拟机怎么跑java程序的呢？类装载器装载java程序编译后的字节码（class文件-与平台无关）和Java API（只有程序执行时需要的class才会被装载）--》执行引擎即时翻译成本地方法调用，调用操作系统资源。运行中Java程序的每一个线程都是一个独立的虚拟机执行引擎的实例。从线程生命周期的开始到结束，它要么在执行字节码，要么执行本地方法。

       最开始第一个编译器怎么来的？最开始人对照机器指令写的程序，编译器也是程序，所以是人直接用二进制写的，就有了汇编，汇编写了B语言编译器-》C语言……机器码生汇编,汇编生B,B生C,C生万物

2.JVM内存模型

1）内存区域划分

   java虚拟机规范中把所管理的内存区域-运行时数据区包括方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、和程序计数器，前面说的jvm就是个C/C++程序，

C/C++程序能自己管理控制生命周期和垃圾回收是C/C++程序内存四区中的堆区。所以个人认为运行时数据区是在C/C++程序内存四区中的堆区

•     方法区：

          这部分区域线程共享，存储被虚拟机加载的类信息、常量（jdk1.7移到了堆）、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据（对应C/C++程序内存四区中的全局区和代码区），虽然java虚拟机规范把方法区描述为对的一个逻辑部分，但它有个别名叫Non-Heap(非堆)，目的是应该是与java堆区分。这段区域的垃圾回收主要是常量池和类型的卸载。可以抛出OutOfMemoryError。

           方法区别很多人成为永久代，本质两者不等价，永久代只是HotSpot对方法区的实现，HotSpot的垃圾收集器可以像java堆（新生代和老年代）一样管理这部分内存，省去专门为方法区编写内存管理的工作。但是永久代来实现方法区更容易出现内存溢出（这段内存大小不好估量，设置少了容易导致溢出），JDK 1.7将字符串常量移到了堆区，JDK 1.8将永久代改成元空间，元空间并不在虚拟机中，而是使用本地直接内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。

•     虚拟机栈：

           线程私有，方法执行时用于存储方法的局部变量表、操作数据栈、动态链接、方法出出口等信息--通常栈帧。每个方法从调用到结束对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈。局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double），对象引用和returnAddress（执行一条字节码指令的地址），局部变量表所需的内存空间在编译期间就确定了，方法运行期间不会改变。可以抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError

•     本地方法栈：

           与虚拟机栈相似，只是它是为本地方法服务的。

•     java堆：

           线程共享，该区域存放几乎所有对象实例，虚拟机规范中描述为所有，但是随着JIT编译器和逃逸分析技术的发展，栈上分配、标量替换将会导致一些微妙变化----不是所有对象都在java堆。可细分为：新生代（enden、survivor）和老年代。可以抛出OutOfMemoryError。

•     程序计数器：

            线程私有，指向下一条执行命令，在执行本地方法时为空

•     本地直接内存：不属于jvm运行时数据区，飘离于java堆，个人理解认为一般的堆对象要通过jvm做一次包装加工（如对象头、地址定位转换）由jvm去操作那段内存，管理回收那段内存，直接内存是中间少包装转换，也不受jvm常规垃圾收集器处理。直接内存一般有两种使用方式：

1. Unsafe：allocateMemory方法申请内存和freeMemory方法用来自己释放内存
2. DirectBuffer：是对Unsafe的封装，内存释放也帮我们做了 ，不需要我们手动释放内存，在DirectBuffer对象被垃圾回收时会触发直接内存的释放（java的Reference与DirectBuffer的内存回收、DirectBuff释放内存）

2）对象内存布局与访问定位

         对象创建如何在java堆中分配内存地址呢？两种方法：使用的内存在一边，空闲的在另一侧，中间用用指针作为分界点，分配时向空闲侧移动指针即可，此法成为指针碰撞。在使用Serial、ParNew等待有Compact过程的收集器时，系统使用此法分配对象内存。还有一种就是使用空闲列表记录哪些用了，哪些没用，像使用CMS这种基于Mark-Sweep收集器时，一般采用空闲列表。并发创建对象时如何同步操作分界指针或者空闲列表呢？两种方法：CAS+失败重试；本地线程分配缓存（Thread Local Allocation Buffer,TLAB），哪个线程要分配内存，就在自己的TLAB上分配，只有TLAB用完了要分配新的TLAB时才用同步锁定，虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。

        对象存储时实际内存分三块：对象头，实例数据和对齐填充。

• HotSpot虚拟机的对象头包括两部分信息，第一部分为对象自身的运行时数据，如hashCode、Gc分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程id等；另外一部分是类型指针，指向类元数据的指针（并不是所有虚拟机都这么做的）。如果对象是数组那么对象头中还得有数组长度
• 实例数据：类中定义的字段，无论从父类继承的还是子类定义的，各个字段的存储顺序和虚拟机分配策略有关以及java源码变量定义顺序有关。
• 对齐填充：8字节对齐

         引用类型如何被访问java虚拟机规范并没有规定，目前主流访问方式有使用句柄和直接指针两种。

• 句柄访问：需要在java堆中划一段内存来作为句柄池，引用存的就是对象的句柄地址，而句柄包括对象实例数据与类类型数据的具体地址信息

• 直接指针访问：那么引用存的就是实例对象的地址，而类类型数据就得在实例对象中实现获取了。

        直接指针访问节省了一次指针定位，速度更快，而句柄访问的最大好处是引用中存的是稳定的句柄地址，对象被移动是只会改变句柄中的实例数据指针，而引用本身不变

3）.变量存储内存区域总结

转自：java内存模型

这里所谓的堆和栈是jvm虚拟机中定义的，和 操作系统级别的进程的虚拟地址空间（内存四区)有所出入联系，不是同一概念

• 一个本地变量可能是原始类型，在这种情况下，它总是“呆在”线程栈上。
• 一个本地变量也可能是指向一个对象的一个引用。在这种情况下，引用（这个本地变量）存放在线程栈上，但是对象本身存放在堆上。
• 一个对象可能包含方法，这些方法可能包含本地变量。这些本地变量任然存放在线程栈上，即使这些方法所属的对象存放在堆上。
• 一个对象的成员变量随着这个对象自身存放在堆上。不管这个成员变量是原始类型还是引用类型。
• 静态成员变量（引用）跟随着类定义一起也存放在方法区上。如果静态成员变量是引用类型new出来的，那么new出来的实际对象存储在堆上，只是这个静态引用是在方法区，这个跟本地变量有点相似。所以在类中声明一个静态成员变量并用new赋初值是完全可以的。单例模式就可以这么实现而不需要用双重检验锁。Java语言并不要求常量一定只有编译期预置入Class的常量表的内容才能进入方法区常量池，运行期间也可将新内容放入常量池（最典型的String.intern()方法）
• 存放在堆上的对象可以被所有持有对这个对象引用的线程访问。当一个线程可以访问一个对象时，它也可以访问这个对象的成员变量。如果两个线程同时调用同一个对象上的同一个方法，它们将会都访问这个对象的成员变量，但是每一个线程都拥有这个本地变量的私有拷贝。

参考：

图片和内容大来自《深入理解java虚拟机》

http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html

http://blog.csdn.net/seu_calvin/article/details/51404589

http://www.cnblogs.com/lao-liang/p/5110710.html

http://blog.csdn.net/steady_pace/article/details/51254740

http://ifeve.com/under-the-hood-runtime-data-areas-javas-memory-model/

http://www.cnblogs.com/_popc/p/6096517.html

http://blog.csdn.net/u012152619/article/details/46968883

http://blog.csdn.net/ithomer/article/details/6252552

http://www.importnew.com/19612.html