JVM那些事儿之内存空间管理（三）

我们前面说过，JVM是个虚拟机，它没有硬件意义上的内存管理器，所以必须自己虚拟一个内存管理器。这篇文章带大家去了解一下JVM的内存空间管理。

在操作系统中，每次启动一个Java应用时，就会先启动一个JVM进程，Java应用就以一个线程的存在形式运行在这个进程中。JVM会按照应用配置的-VM参数设置需要申请的内存空间和最大内存空间。并且把这个内存按照不同功能区划分出来，方便Java应用模拟使用。

为了节省系统资源，JVM支持同时运行多个Java应用，也就是说，打开新的Java应用时，将它挂载到已经存在的JVM进程中，多个应用共享一个JVM。此时，JVM申请的系统资源就分为：自身需要的内存区、应用间共享的内存区、应用1的内存区、应用2的内存区……

在Java程序运行过程中，JVM定义了各种区域用于存储运行时数据。其中的有些数据区域在JVM启动时创建，并只在JVM退出时销毁。其它的数据区域与每个线程相关。比如说以下这些数据区域，在线程创建时创建，在线程退出时销毁。

程序计数器寄存器（The pc Register）

JVM支持多个线程同时运行。每个JVM都有自己的程序计数器。在任何一个点，每个JVM线程执行单个方法的代码，这个方法是线程的当前方法。如果方法不是native的，程序计数器寄存器包含了当前执行的JVM指令的地址，如果方法是 native的，程序计数器寄存器的值不会被定义。 JVM的程序计数器寄存器的宽度足够保证可以持有一个返回地址或者native的指针。

所有指令都预先存放在内存中，所谓的程序计数器存放的就是现在指令运行到哪了。知道就存着，不知道就空着。注意不要以为它存放的是程序运行了多少行。

栈

1）栈与线程

JVM是基于栈的虚拟机。JVM为每个新创建的线程都分配一个栈。也就是说,对于一个Java程序来说，它的运行就是通过对栈的操作来完成的。栈以栈帧为单位保存线程的状态，换句话说，就是栈里面存了一堆栈帧。

前面我们已经讲过，JVM在执行Java应用的时候，是以方法为单位的，从main方法开始，从上到下依次执行，每当遇到一个方法的时候，程序会创建一个栈帧，并把相应的局部变量表、操作数栈、常量池指针、返回地址存放在这个栈帧中，然后把这个栈帧做压栈操作，即可开始执行该方法内的程序了，在此方法执行期间，这个栈帧将用来保存参数、局部变量、中间计算过程和其他数据等。执行完毕后，再将栈帧做出栈操作，继续执行下面的代码，依次类推，直到程序执行完毕为止。

综上所述，我们大概能知道：
1、栈是先进后出的
2、栈的内存是有上限的，所以方法嵌套调用不能太多层

2）栈中的方法调用
当嵌套方法调用时，嵌套越深，stack的内存就越晚才能释放，因此，在实际开发过程中，不推荐大家使用递归来进行方法的调用，递归很容易导致stack flow。

堆

每一个Java应用都唯一对应一个JVM实例，每一个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中，并由应用所有的线程共享。

跟C/C++不同，Java中分配堆内存是自动初始化的。Java中所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用却是在栈中分配,也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的指针(引用)而已。

所以，我们发现，Java是面向对象的语言，Java中的所有对象都是存放在堆中的，在栈里只存放一个引用（链接地址）而已。

方法区

基本上都放在堆中实现，保存的是当前装载的类的一些信息。

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进阶

线程间的内存共享

对于堆和方法区来说，线程之间的内存理论上来说是共享的，但是在具体编写JVM的厂家来说，大多数都没有实现共享，不共享其实更加容易管理。会有一种堆外内存的说法，这也就是导致堆外内存溢出的元凶。

堆和栈的区别

• 栈(stack)与堆(heap)都是Java用来在Ram中存放数据的地方 。与C++不同，Java自动管理栈和堆，程序员不能直接地设置栈或堆。
• 栈的优势是，存取速度比堆要快 ，仅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺点是，存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。
• 堆的优势是可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器，Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是，由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。