JVM學習第三篇思考：一個Java類在Jvm內(nèi)存中是怎么存在的

又名：Java虛擬機的內(nèi)存模型(JMM)是什么樣的.

通過前面兩篇文章的學習，我們知道了一個Java類的生命周期及類加載器。我們可以得到如下兩幅圖：

類生命周期：

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父類委托機制：

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思考：

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我們編寫的類中的變量、方法、對象這些都需要內(nèi)存存放的。那么在運行時候這些數(shù)據(jù)在Java虛擬機內(nèi)存中是怎么存放的呢？

本文目標：

凱哥(凱哥Java:kaigejava)希望通過本文學習，大家對Java虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)域有更深的了解

我們寫的代碼在JVM中是怎么存在的？

1：我們現(xiàn)在看看總體Java運行時數(shù)據(jù)模型：

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2：我們來看看下面這段代碼，執(zhí)行的時候，在JVM中數(shù)據(jù)存放：

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上面代碼很簡單，那么對應的變量、對象等在內(nèi)存中都是怎么分配的呢？

2.1：方法區(qū)

注：在JDK1.8之后，方法區(qū)被元空間替換了。

方法區(qū)：用來存放的是類的信息、常量、靜態(tài)變量等。該區(qū)域也是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域。

根據(jù)Java虛擬機規(guī)范中的規(guī)定，當方法去無法滿足內(nèi)存分配的時候，會拋出：OutOfMemoryError異常的。

根據(jù)上面的 定義，我們可以知道比如我們JvmDemo.class信息、static string str=“jvmDemo”是在方法區(qū)存放的。

對應咱們代碼，方法區(qū)存放的如下圖：

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2.2：堆區(qū)

堆區(qū)是JVM所管理的內(nèi)存中的最大的一塊區(qū)域。該區(qū)域是所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域。該區(qū)域空間在虛擬機啟動的時候就被創(chuàng)建了(-Xms的設置。后面凱哥(凱哥Java:kaigejava)也會詳細講解的)。

此區(qū)域的目的是存放對象實例的。幾乎所有的對象實例都是在這里分配的。Java虛擬機規(guī)范中是這么描述的：所有的對象的實例以及數(shù)組都要在堆上分配。

堆區(qū)是垃圾收集器管理的主要區(qū)域(后面凱哥(凱哥Java:kaigejava)也會詳細講解的).

堆區(qū)空間，在物理上可以不是連續(xù)的內(nèi)存空間，只要在邏輯上是連續(xù)的即可。如果堆沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法在擴展的時候，將會拋出異常：OutOfMemoryError。這個大家很熟悉吧。

根據(jù)上面定義的，我們可以知道，上面代碼中Son son = new Son(); 這行代碼創(chuàng)建的實例對象是存放在堆區(qū)的。

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2.3：程序計數(shù)器

程序計數(shù)器的作用可以看做是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。字節(jié)碼解釋器在工作的時候，時候通過改變計數(shù)器的值來選擇接下來要執(zhí)行的字節(jié)碼指令的。

同時我們都知道，當多線程的時候，Java虛擬機是通過線程輪流切換分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的。在任何一個確定的時刻一個處理器只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了解決多個線程在切換后，能夠迅速恢復到切換前執(zhí)行的位置，每個線程都需要有個獨立的程序計數(shù)器，各個線程直接的計數(shù)器互不影響，獨立存儲的。一般稱這類內(nèi)存區(qū)域為:"線程私有"的內(nèi)存。當線程正在執(zhí)行的一個方法是Native的，這種情況下，計數(shù)器的值就是undefined了。這個區(qū)域也是Java虛擬機內(nèi)存區(qū)域中唯一一個沒有OOM的區(qū)域。

根據(jù)上面描述，我們可以知道，我們自己編寫的*.java文件要想被執(zhí)行，需要被編譯成*.class的字節(jié)碼文件。字節(jié)碼文件對應各種字節(jié)碼指令。比如我們上面JvmDemo的字節(jié)碼文件：

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從上面截圖，我們可以看到，行號是0，3，4，7，8這樣的。程序計數(shù)器就是記錄這些行號的

我們也可以使用idea的插件，來查看我們JvmDemo的相關信息：

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2.4：虛擬機棧

Java虛擬機棧，也是線程私有的。其生命周期與線程相同，當一個線程運行結束后，對應的虛擬機棧也結束。

虛擬機棧是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：即每個方法被執(zhí)行的時候，都會被同時創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)，這個棧幀是用來存放方法局部變量表、操作棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調(diào)用直到其執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧和出棧的過程。

比如：我們上面代碼執(zhí)行的時候，執(zhí)行main方法的時候，主線程就會把main方法壓入到虛擬機棧中，當執(zhí)行到add方法的時候，add方法就被壓入到棧中了。當執(zhí)行完add方法后，add方法就被從虛擬機棧中彈出，這個時候add對應的棧幀也銷毀。

虛擬機棧幀如下圖：

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局部變量存放：各種基本數(shù)據(jù)類型、對象引用和返回類型

八大基本數(shù)據(jù)類型：boolean、byte、char、short、init、float、long、double；

對象引用：reference類型。這里是存放的是對象在對內(nèi)存中的地址值。不等同于對象自身的。根據(jù)不同的虛擬機的實現(xiàn)，這個指向可能是指向了對象起始地址的引用指針，也有可能是指向了對象對象的句柄或其他對象與其他對象的位置；

返回類型：returnAddress類型。指向一條字節(jié)碼指令地址。

擴展：long類型和double類型的數(shù)據(jù)會占用2個局部變量空間。其他6個數(shù)據(jù)類型占用1個。

局部變量表所消耗的內(nèi)存空間在編譯期間就完成了分配，當進入一個方法的時候，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的。在方法的運行期間，不會改變該區(qū)域空間大小的。

在咱們上面代碼中，虛擬機棧存放的就是咱們main方法和add方法相關的

2.5：本地方法棧

本地方法棧的作用和虛擬機棧的作用相似。不同之處在于：虛擬機棧是為了虛擬機執(zhí)行Java方法服務的。而本地方法棧則是為了虛擬機使用到Native方法服務的。此區(qū)域也是方法私有的。比如我們調(diào)用線程的run方法或者CAS的時候，調(diào)用的都是native方法。

總結：

通過本文學習，我們在自己腦海中應該有如下圖的概念：

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其中方法區(qū)、堆區(qū)是所有線程共享的；虛擬機棧、程序計數(shù)器、本地方法棧這三個是線程私有的，其生命周期同線程一致。

方法區(qū)：存放類型、常量、靜態(tài)變量等

堆區(qū)：用來存放對象實例、數(shù)組

虛擬機棧：局部變量表、動態(tài)鏈接、操作棧等

本地方法棧：用來存放當線程調(diào)用native方法的時候使用的

程序計數(shù)器：用來記錄當前線程執(zhí)行的字節(jié)碼行號的。

好了，本文凱哥(凱哥Java:kaigejava)就和大家嘮嘮在運行時候Java虛擬機的數(shù)據(jù)區(qū)域。在下篇文章中，咱們在詳細嘮嘮堆區(qū)。