深入理解Java虚拟机 -- 读书笔记（1）：JVM运行时数据区域

深入理解Java虚拟机 -- 读书笔记：JVM运行时数据区域

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本系列为《深入理解Java虚拟机 》（周志明著）读书笔记。

Java程序员一般都知道JVM中存在栈和堆的，并简单了解对象是在堆上分配的，这点从C/C++转过Java的程序员很容易想到。但Java由于其自身的特性，还有一些其他的内存区域，如下图所示：

程序计数器

程序计数器占用的内存空间不大，里面记录了各线程当前字节码的行号。JVM的多线程是通过轮流执行CPU时间的方式实现，因此在一个线程离开自己的CPU切片时，需要记录当前的状态（字节码行号）。为了防止线程之间相互影响，每条线程都有自己独立的程序计数器，这类内存区域也被称为“线程私有”内存。例如在上图中，虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器都属于“线程私有”内存。

 

如果程序执行的是一个Java方法，程序计数器记录当前线程的字节码地址；如果执行的是一个本地方法，则程序计数器为空（undefined）。

 

Java虚拟机栈

Java程序员常说“栈”和“堆”，那个“栈”指的正是Java虚拟机栈。从上图可以看出，和程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，生命周期和线程一样。虚拟机栈存储的是栈帧（Stack Frame）：包含局部变量表，操作数栈，动态链接和返回信息等。

 

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean, byte, char, short, int, float, long, double）、对象引用和ruturnAddress类型。从这里可以看出，使用Integer和int在内存空间的占用上是不同的。在32位机器中，Integer要占用一个reference（8 bytes） + 一个int（4字节）, 而int则只占4字节自身的空间。在局部变量表中，8 bytes的long和double会占据2个局部变量空间（slot），其他类型只占据一个。

 

本地方法栈

本地方法栈和Java虚拟机栈在结构和用途上类似，所不同的是本地方法栈执行的是Native方法，Java虚拟机栈中执行的是Java（字节码）方法。

 

Java堆

Java堆是所有线程共享的一个区域，在虚拟机启动时创建。这个区域主要是用于存放对象实例，几乎所有的对象实例都是在堆中分配。Java堆是垃圾收集器（GC）管理的主要区域。因为很多垃圾回收器都采用“分代回收”的策略，因此Java堆还可以细分为：新生代和老生代。JVM规范规定Java堆只需在逻辑上连续，在物理上是否连续则无关紧要。

方法区

方法区与Java堆一样，是多个线程共享的区域，用于保存已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。相对而言，这个区域的内存很少需要回收，在这个区域的主要回收目标是针对常量池的回收和对类型的卸载。

 

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了类版本、字段、方法、接口等描述性信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

 

运行时常量池想对于Class文件常量池的另外一个重要特性是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非只有预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中。

 

直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中的一部分，但这部分常在NIO中提及。NIO基于通道（Channel）和缓冲区（Buffer），它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。