JVM 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)詳解，寫得非常好！

在接下來的幾天想總結(jié)下，JVM相關(guān)的一些內(nèi)容，比如下面的這三個內(nèi)容算是比較核心知識點(diǎn)了

1.運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域: 在運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)里存儲類Class文件元數(shù)據(jù)(方法區(qū)),對象和數(shù)組(堆)，方法參數(shù)局部變量(棧)等。

2.垃圾回收機(jī)制: java 語言的優(yōu)勢之一就是它的自動內(nèi)存管理，主要回收運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域的堆內(nèi)存里的數(shù)據(jù)

3.類加載機(jī)制: 虛擬機(jī)首先需要把編譯完成的字節(jié)碼文件通過類加載器來加載到運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域

一個段Java代碼的生命周期都會少不了上圖這幾個步驟，也就是Java代碼首先會被編譯成字節(jié)碼文件，之后被類加載器加載到運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域，以及運(yùn)行，垃圾收集器回收對象等等。

但今天我想介紹第一個知識點(diǎn)《運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域》

1 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

Java虛擬機(jī)定義了一系列邏輯數(shù)據(jù)區(qū)域，有些是隨著虛擬機(jī)的啟動而創(chuàng)建，虛擬機(jī)的關(guān)閉而銷毀。還有一部分是隨著線程生命周期創(chuàng)建銷毀的。

我們有必要深入了解這塊的內(nèi)容，因?yàn)樗鼘Q定服務(wù)器性能，首先我們需要對整個運(yùn)行時區(qū)域由整體的認(rèn)識并且了解了每個區(qū)域的生命周期以及作用之后才能通過相應(yīng)的調(diào)參來提升系統(tǒng)性能。除此之外還有助于快速定位虛擬機(jī)的相關(guān)Error.

邏輯上可以劃出一下6個區(qū)域分別是

1.1 PC寄存器

全名叫做 Program Counter Register 既然是叫做寄存器了那么肯定是需要存東西，那到底存的是什呢？

由于JVM同時可以處理多個線程所以就涉及到一些線程調(diào)度，當(dāng)cpu暫停運(yùn)行線程A把時間片讓給線程B的時候我們需要保存線程A被暫停執(zhí)行前的一些現(xiàn)場狀態(tài)，需要記錄當(dāng)前執(zhí)行到那一行字節(jié)碼了，所以具備保存現(xiàn)場的功能。

每條線程都有自己的pc寄存器，在任意時刻虛擬機(jī)只會執(zhí)行一個方法，如果執(zhí)行的是方法不是native方法 pc寄存器則保存指向當(dāng)前執(zhí)行字節(jié)碼的指令地址，如果執(zhí)行的是native方法 pc寄存器會保存undefined。

1.2 java虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棧也是每條線程私有的區(qū)域，里頭存儲棧幀(Frame)，后面會重點(diǎn)介紹棧幀算是重點(diǎn)內(nèi)容。方法的調(diào)用與返回基于棧幀來實(shí)現(xiàn)的。

1.3 虛擬機(jī)堆

在Java虛擬機(jī)中堆是所有線程都可以共享的內(nèi)存區(qū)域，是存放所有類實(shí)例和數(shù)組對象的地方。在虛擬機(jī)啟動就根據(jù)相關(guān)堆參數(shù)，創(chuàng)建堆，他也是垃圾收集器工作的主要區(qū)域。

堆內(nèi)存里的對象不會被顯式的回收，而是由垃圾回收器回收，為了配合垃圾收集器的特性我們可以把堆分為年輕代和老年代。

年輕代又分了Eden和survivor區(qū),主要是為了配合垃圾回收算法而這么搞得。

1.4 方法區(qū)和運(yùn)行時常量池

在Java虛擬機(jī)中 方法區(qū)是可提供各個線程共享的運(yùn)行時內(nèi)存區(qū)域，它存儲了每一個類的結(jié)構(gòu)信息，例如運(yùn)行時常量池,字段和方法數(shù)據(jù),構(gòu)造函數(shù)和普通函數(shù)的字節(jié)碼內(nèi)容，一句話總結(jié)就是存儲元數(shù)據(jù)地方

運(yùn)行時常量池是class文件中每個類或接口常量池表的表示形式。它包括了若干不同的常量，比如 從編譯期可知的數(shù)值字面量到運(yùn)行時才能解析獲得的方法或字段引用等等。

創(chuàng)建時機(jī)

每個運(yùn)行時常量池都在Java虛擬機(jī)的方法區(qū)中分配，在加載類和接口到虛擬機(jī)之后創(chuàng)建對應(yīng)的運(yùn)行時常量池

1.5 本地方法棧

如果我們想再Java底層里調(diào)用別的語言代碼的話就需要用到別的方法棧了,比如Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)會用到傳統(tǒng)的棧(C stack)來調(diào)用native方法，這個就是本地方法棧的應(yīng)用，當(dāng)然這個不是必須實(shí)現(xiàn)的，完全取決于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

2 棧幀:

首先看下棧幀在虛擬機(jī)內(nèi)存中在什么位置，

棧幀是用來存儲數(shù)據(jù)和部分過程結(jié)果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時也用來處理動態(tài)鏈接,方法返回，異常分派等工作。

棧幀的生命周期是跟方法一致的,隨著方法的調(diào)用而創(chuàng)建，方法的結(jié)束或者異常而銷毀。

每個棧幀都由局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接組成的

2.1 局部變量表 (Local variable)

每個棧幀內(nèi)部都包含一組稱為局部變量表的列表，變量表的長度在編譯期決定。另外關(guān)注公眾號Java技術(shù)棧在后臺回復(fù)JVM獲取一份46頁的JVM調(diào)優(yōu)教程。

一個局部變量可以存儲一個基本數(shù)據(jù)類型或一個對象引用(referance)，returnAddress的數(shù)據(jù)。存儲long或double需要兩個局部變量才能存儲。

當(dāng)虛擬機(jī)要使用局部變量表里的數(shù)據(jù)時通過索引來定位，默認(rèn)從0開始，由于long和double占用兩個局部變量所以它的索引較特殊，取決于最小的那個值，比如某個long類型數(shù)據(jù)在索引n和n+1里存儲了，那么它對應(yīng)的索引值就是n.
虛擬機(jī)通過局部變量表來完成方法調(diào)用時的參數(shù)傳遞。如果是類方法，它的參數(shù)依次從0開始的位置傳遞到局部變量表，如果是實(shí)例方法則第0位置存儲所在對象的引用(this)，從1開始傳遞參數(shù)。

2.2 操作數(shù)棧 (Operating Stack)

操作數(shù)棧是屬于棧幀中的棧，其實(shí)它的全名叫做當(dāng)前棧幀的初操作數(shù)棧。棧，棧幀，操作數(shù)棧的關(guān)系需要梳理清楚：

• 棧:是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一個邏輯區(qū)域，里面存儲了一個個棧幀。

• 棧幀:棧幀代表一個方法的整個生命周期，里頭存儲了局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接

• 操作數(shù)棧: 剛剛創(chuàng)建時操作數(shù)棧是空的。虛擬機(jī)提供一些指令從局部變量表把一些常量或者變量值加載到操作數(shù)棧，也提供了從操作數(shù)棧取走數(shù)據(jù)的指令。
  調(diào)用方法時操作數(shù)棧用來準(zhǔn)備調(diào)用方法參數(shù)以及接受方法的返回結(jié)果。

2.3 動態(tài)鏈接 (Dynamic Linking)。

動態(tài)鏈接是用來完成運(yùn)行時綁定操作的。在棧幀中有一個指向常量池的當(dāng)前類的一個引用。在class文件里一個方法要是調(diào)用其他方法或者方法其他成員變量，則需要通過符號引用來表示。

• 動態(tài)鏈接的作用就是將符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用。

• 類加載的過程中將要解析尚未被解析的符號引用，并且把對變量的訪問轉(zhuǎn)換為正確的偏移量。