读书笔记之初见JVM内存区域

 初见JVM内存区域

      JVM一个重要的机制就是自动内存管理机制，为了深入理解JVM的内存管理机制，了解JVM的内存的分区以及各个分区的作用是基础，本文主要总结java虚拟机的内存区域分类以及各个内存区域的作用。

  java内存的分区及其作用

     

                            图1 JVM内存的分区

       从图1中可以知道，在划分具体内存区域之前，可以依据内存是否是线程公有而进行一次大的划分：

      (1)线程公有:所有的线程都公用的一块内存区域，随jvm的启动而创建，随jvm的销毁而销毁。线程公有的内存区域其生命周期和JVM的生命周期保持一致。

      (2)线程私有:线程私有的内存区域，其随线程的创建而创建，随线程的销毁而销毁，是每个线程都独立拥有的一块内存区域，其生命周期和线程保持一致，和jvm不保持一致。

      在了解了线程公有和线程私有的概念之后，逐一介绍各个内存区域的左右。

      1.程序计数器，这是一个最特殊的内存区域，存放了维护线程上下文切换所需要的信息。其主要维护了一个指向当前执行指令的指针PC，当一个线程所拥有的时间片耗尽的时候会交出cpu的使用权，在退出之前通过PC指针记录当前指令执行的位置，这样在下一次获得CPU分配的时间片后，通过PC指针可以继续上次未完成的任务。

      2.虚拟机栈，虚拟机栈是开发中最常接触的内存区域，比如在方法中定义的变量和引用都是存放在虚拟机栈中。

     

                      图 2 虚拟机栈的内存结构

      对比图2的虚拟机栈内存结构，我们来介绍虚拟机栈的作用:

      (1)每个方法，都对应一个帧栈，在方法中定义的变量和引用，以及其他的方法执行和调用信息都存放在帧栈中

      (2)每调用一个方法，该方法对应的帧栈就被压入虚拟机栈中，当方法执行完毕后，对应的帧栈就从虚拟机栈中出栈。

      (3)从上述的过程中，不难分析方法调用对应一次压栈和出栈的过程，这是有时间开销的过程，所以说递归执行的代码时间效率往往是底下的。

      (4)每个方法对应的帧栈都需要消耗一定的内存空间，而虚拟机栈的内存空间是有限的，当方法的调用层次过深的时候就会有stackOverFlow异常发生。

3.本地方法栈

本地方法栈的作用其实和虚拟机栈的职能完全一致，虚拟机栈是为java方法服务的内存区域，而本地方法栈是为native方法服务的区域，除此之外本地方法栈的和虚拟机栈并无区分。

4.堆区(Heap)

堆区也是开发人员最常接触的内存区域，java中的对象以及数组都是存放在堆区中的，堆区的内存可以是物理上连续的内存空间，也可以是逻辑上联系的内存空间。是JVM所管理的最大的内存区域，容易发生内存泄漏和内存溢出，是垃圾回收算法重点照顾的区域。下面看一下java中的对象是如何在堆区中存储的。

             图3 java中对象的内存布局

从图3中可以看出 java中的对象在内存中的存储由三部分组合:

(1)对象头，对象头的第一部分存储对象自身运行时所需要的数据入图中所示，第二部分中的类型指针用来指示这个对象是哪个类的事例，假如对象是数组类型的话，还需要存储数组的长度信息。

(2)实例数据,实例数据是对象真正存储的有效区域，对象中定义的各种类型的变量，无论是从父类继承的还是子类定义的都是存放在这个部分。

(3)对齐填充，这部分并无实际的含义，假如对象的内存大小不是8字节的整数倍，就填充数据，使对象的内存数据大小是8字节的整数倍。

5.方法区

方法区同样也是开发人员常见用的内存区域，比如静态变量，常量以及虚拟加载的类信息都是存放在方法区中的。

java对象的创建和访问的过程

      上节中，介绍了JVM的内存的分区以及各个区域的作用，有了上述的基本知识之后，我们通过对象的创建和访问的过程，来直观的感受jvm各个内存的分工。

      一丶对象创建过程

 

                   图 1 java中对象创建的一般过程

二丶对象定位过程

1.基于句柄的对象定位

              图 2 java中基于句柄的对象访问方式

2.基于直接地址的对象定位

              图3 java中基于直接地址的对象定位

Reference:[1]周志明 深入理解java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践[M],机械工业出版社.