JAVA虛擬機記憶體模型

概念

（這是我學習過程中的一些總結）

JAVA虛擬機記憶體模型

從屬於線程的記憶體區域

　　　　JVM的記憶體劃分中，有部分區域是線程私有的，有部分是屬於整個JVM進程；我們將這部分歸為一類。

　　1.程式計數器（Program Counter Register)

　　在JVM規範中，每個線程都有自己的程式計數器。這是一塊比較小的記憶體空間，存儲當前線程正在執行的Java方法的JVM指令地址，即位元組碼的行號。　如果正在執行Native方法，則這個計數器為空。

　　2.Java虛擬機棧(Java Virtal Machine Stack)

同樣也是屬於線程私有區域，每個線程在創建的時候都會創建一個虛擬機棧，生命周期與線程一致，線程退出時，線程的虛擬機棧也回收。虛擬機棧內部保持一個個的棧幀，每次方法調用都會進行壓棧，JVM對棧幀的操作只有出棧和壓棧兩種，方法調用結束時會進行出棧操作。該區域存儲著局部變數表，編譯時期可知的各種基本類型數據、對象引用、方法出口等信息。

3. 本地方法棧（Native Method Stack）

與虛擬機棧類似，本地方法棧是在調用本地方法時使用的棧，每個線程都有一個本地方法棧。

1. 同樣也是屬於線程私有區域，每個線程在創建的時候都會創建一個虛擬機棧，生命周期與線程一致，線程退出時，線程的虛擬機棧也回收。虛擬機棧內部保持一個個的棧幀，每次方法調用都會進行壓棧，JVM對棧幀的操作只有出棧和壓棧兩種，方法調用結束時會進行出棧操作。該區域存儲著局部變數表，編譯時期可知的各種基本類型數據、對象引用、方法出口等信息。

堆（heap）

　　堆（Heap）,幾乎所有創建的Java對象實例，都是被直接分配到堆上的。堆被所有的線程所共用，在堆上的區域，會被垃圾回收器做進一步劃分，例如新生代、老年代的劃分。Java虛擬機在啟動的時候，可以使用“Xmx”之類的參數指定堆區域的大小。

方法區（Method Area)

　　方法區與堆一樣，也是所有的線程所共用，存儲被虛擬機載入的元（Meta）數據，包括類信息、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的代碼等數據。

　　方法區是一種java虛擬機的規範。由於方法區存儲的數據和堆中存儲的數據一致，實質上也是堆，因此，在不同的JDK版本中方法區的實現方式不一樣。

運行時常量池（Run-Time Constant Pool)(方法區中)

這是方法區的一部分。常量池主要存放兩大類常量：

1. 字面量（Literal），如文本字元串、final常量值。
2. 符號引用，存放了與編譯相關的一些常量，因為Java不像C++那樣有連接的過程，因此欄位方法這些符號引用在運行期就需要進行轉換，以便得到真正的記憶體入口地址。

程式執行的記憶體分析過程

為了讓初學者順利的分析記憶體，更加容易的體會程式執行過程中記憶體的變化，加深理解。我們將JAVA虛擬機記憶體模型進行簡化。

在本節課中，Java虛擬機的記憶體可以簡單的分為三個區域：虛擬機棧stack、堆heap、方法區method area。

虛擬機棧（簡稱：棧）的特點如下：

1. 棧描述的是方法執行的記憶體模型。每個方法被調用都會創建一個棧幀（存儲局部變數、操作數、方法出口等）
2. JVM為每個線程創建一個棧，用於存放該線程執行方法的信息（實際參數、局部變數等）
3. 棧屬於線程私有，不能實現線程間的共用！
4. 棧的存儲特性是“先進後出，後進先出”
5. 棧是由系統自動分配，速度快！棧是一個連續的記憶體空間！

堆的特點如下：

1. 堆用於存儲創建好的對象和數組(數組也是對象)
2. JVM只有一個堆，被所有線程共用
3. 堆是一個不連續的記憶體空間，分配靈活，速度慢！

方法區（又叫靜態區,也是堆）特點如下：

1. 方法區是JAVA虛擬機規範，可以有不同的實現。
   1. JD7以前是“永久代”
   2. JDK7部分去除“永久代”，靜態變數、字元串常量池都挪到了堆記憶體中
   3. JDK8是“元數據空間”和堆結合起來。
2. JVM只有一個方法區，被所有線程共用！
3. 方法區實際也是堆，只是用於存儲類、常量相關的信息！
4. 用來存放程式中永遠是不變或唯一的內容。（類信息、靜態變數、字元串常量等）

代碼

（代碼我就不自己寫了，這是我學習時候參考過的，底部附帶原文鏈接）

package com.journaldev.test;  
   
public class Memory {  
   
    public static void main(String[] args) { // Line 1  
        int i=1; // Line 2  
        Object obj = new Object(); // Line 3  
        Memory mem = new Memory(); // Line 4  
        mem.foo(obj); // Line 5  
    } // Line 9  
   
    private void foo(Object param) { // Line 6  
        String str = param.toString(); //// Line 7  
        System.out.println(str);  
    } // Line 8  
   
}  

下邊的圖片展示了上邊程式堆和棧記憶體的引用，並且是怎麼用來存儲原始值、對象和變數的引用。

我們來看看程式執行的過程：
1、只要我們一運行這個程式，它會載入所有的運行類到堆記憶體中去，當在第一行找到main()方法的時候，Java創建可以被main()方法線程使用的棧記憶體。
2、當在第一行，我們創建了本地原始變數，它在main()的棧中創建和保存。
3、因為我們在第三行創建了對象，它在堆記憶體中被創建，在棧記憶體中保存了它的引用，同樣的過程也發生在第四行我們創建Memory對象的時候。
4、當在第五行我們調用foo()方法的時候，在堆的頂部創建了一個塊來被foo()方法使用，因為Java是值傳遞的，在第六行一個新的對象的引用在foo()方法中的棧中被創建
5、在第七行一個String被創建，它在堆空間中的String池中運行，並且它的引用也在foo()方法的棧空間中被創建
6、foo()方法在第八行結束，此時在堆中為foo()方法分配的記憶體塊可以被釋放
7、在第九行，main()方法結束，棧為main()方法創建的記憶體空間可以被銷毀。同樣程式也在行結束，Java釋放了所有的記憶體，結束了程式的運行
堆記憶體和棧記憶體的區別
基於上邊的解釋我們可以很簡單的總結出堆和棧的區別：
1、應用程式所有的部分都使用堆記憶體，然後棧記憶體通過一個線程運行來使用。
2、不論對象什麼時候創建，他都會存儲在堆記憶體中，棧記憶體包含它的引用。棧記憶體只包含原始值變數好和堆中對象變數的引用。
3、存儲在堆中的對象是全局可以被訪問的，然而棧記憶體不能被其他線程所訪問。
4、棧中的記憶體管理使用LIFO的方式完成，而堆記憶體的管理要更複雜了，因為它是全局被訪問的。堆記憶體被分為，年輕一代，老一代等等，更多的細節請看，這篇文章
5、棧記憶體是生命周期很短的，然而堆記憶體的生命周期從程式的運行開始到運行結束。
6、我們可以使用-Xms和-Xmx JVM選項定義開始的大小和堆記憶體的最大值，我們可以使用-Xss定義棧的大小
7、當棧記憶體滿的時候，Java拋出java.lang.StackOverFlowError異常而堆記憶體滿的時候拋出java.lang.OutOfMemoryError: Java Heap Space錯誤
8、和堆記憶體比，棧記憶體要小的多，因為明確使用了記憶體分配規則（LIFO），和堆記憶體相比棧記憶體非常快。

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