java虚拟机规范-运行时数据区

前言

java虚拟机是java跨平台的基石，本文的描述以jdk7.0为准，其他版本可能会有一些微调。

引用

• java虚拟机规范

数据类型

• java总共有两种数据类型：基本类型和引用类型。java虚拟机的设计目标是期望在运行前执行类型识别，并且通过编译器识别而不是jvm虚拟机本身。具体的类型如下所示：
  • 基本类型：
    • numeric，如int、float、double等
    • boolean，实际上boolean类型与int类型在jvm中的处理方式是一样的，也是8bit，true和false分别映射为1和0
    • returnAddress，实际上这个returnAddress类型在java语言中并没有对应的类型映射，并且也不能在运行期改变
  • 引用类型：(默认为null)
    • class
    • array
    • interface

运行时数据区

总览

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PC程序计数器

• 可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器，当然实际上可能是一些更高效的方式。

虚拟机栈

• 就是jvm中的常指的栈，虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息，每个方法从调用直至执行完成的过程就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈道出栈的过程。（这个区域有两种异常：StackOverflowError 和 OutOfMemeory Error）。局部变量表实际上就是该方法所在的类文件（二进制流文件）中的一部分。
• jvm规范允许虚拟机栈使用固定的大小空间或者使用动态扩展空间。
  • stackOverflowError: If the computation in a thread requires a larger Java Virtual Machine stack than is permitted, the Java Virtual Machine throws a StackOverflowError。通常是在递归调用时出现该异常。
  • OutOfMemoryError: If Java Virtual Machine stacks can be dynamically expanded, and expansion is attempted but insufficient memory can be made available to effect the expansion, or if insufficient memory can be made available to create the initial Java Virtual Machine stack for a new thread, the Java Virtual Machine throws an OutOfMemoryError.通常是在申请了较多内存空间，但是没有释放的场景下出现。
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堆

• 就是JVM中指的堆的地方，对大多数程序来说，java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块，该区域的唯一目的就是存放对象实例和数组，理论上讲所有的对象实例及数组都需要在堆上分配，该部分是GC的主要管理区域，在java堆中还分为：新生代和老年代，java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要是逻辑上连续即可，并且可以扩展（通过-xmx 和-xms控制，设置为相同就不可以扩展）。
  • java对象没有显式的内存回收方法，是通过jvm提供的垃圾收集器来统一处理。后续我会专门新开一章探讨垃圾收集器的问题。

方法区

• 用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量信息，静态变量，即时编译后的代码等数据，它不是一个堆，请注意。HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，使用永久代来实现方法区。

本地方法栈

• 跟虚拟机栈实际上是非常类似的，只不过是执行的native方法，native方法指的是使用关键词native修饰的方法，通过这些方法可以调用java以外的程序，比如c/c++的程序。

直接内存

• 这个部分在图上没有标出，是因为这不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分也被频繁的使用，在JDK1.4中加入了NIO（new input/output）类，引入了一种基于通道（channel）与缓冲区（buffer）的I/O方式，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。