JVM原理之運行時數據區

JVM虛擬機

1. JVM在運行時主要包含java堆，方法區，程序計數器，JVM棧，本地方法棧。其中JAVA堆和方法區歸所有線程共有，而JVM棧和程序計數器歸線程私有。

程序計數器

1. 程序計數器主要是執行線程中的指令，在多核環境中，線程需要進行切換。線程獲得CPU的執行後要恢復到原來的執行位置，這就是需要程序計數器保存當前線程執行位置。每個線程都有自己獨立的計數器。
2. 如果線程正在執行一個JAVA方法，則程序計數器記錄的是當前字節碼指令。

虛擬機棧

1. JAVA虛擬機棧是線程私有的，生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是java方法的內存模型。每個方法在執行時，線程都會創建一個棧幀，用於存儲局部變量表，操作數棧，動態鏈接，方法出口等信息。
   1.1 局部變量表存儲了基本類型和引用類型和returnAddress類型。局部變量表的空間在編譯期間已經確定，在方法運行期間不會改變。
2. 每一個JAVA方法的執行實際上就是棧幀在的入棧和出棧操作。

本地方法棧

1. 本地方法棧是JVM虛擬機用來調用本地方法，不同的虛擬機實現本地方法棧不同。

JAVA堆

1. JAVA堆是JVM內存管理中最大的一塊內存區域，是所有線程共享的區域。堆在JVM啓動時創建，主要存放對象實例和數組。JAVA堆可以處於物理上不連續的空間，只要邏輯上連續即可。
2. 現在的垃圾收集主要採用分代收集，通常將JAVA堆分爲新生代和老年代。其中，新生代又分爲Eden區，from surivior區，to surivior區。通常Eden區和surivior區比例爲8:2。
3. 堆的大小都是可以控制的，通過-Xms和-Xmx進行控制。

方法區

1. 方法區同java堆一樣，都是所有線程共享的區域，主要存儲被加載類的信息，常亮，靜態變量，及時編譯器變異後的代碼。
2. 對於HotSpot而言，GC分代收集時，會回收方法區，也稱方法區爲”永久代”。這樣垃圾收集器就可以像管理java堆一樣管理方法區的內存。
3. 垃圾收集行爲在方法區是很少出現的，即使出現了，回收內存成果也是不怎麼好。在方法區進行垃圾回收主要是回收常亮池和類型的卸載。

運行時常量池

1. 運行時常量池是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本，字段，方法，接口等信息，還有一項信息就是常量池。
2. 常量池另外一個重要特徵就是動態性，運行期間也可以將新的常量放入池中。常量池中主要存放符號引用和各種字面量。

直接內存

1. JDK中NIO，採用了通道和緩衝一種新的I/O方式，NIO可以採用Native函數直接分配堆內存以外的內存。即不佔用JVM內存。
2. 在JVM中同時存儲了一個DirectByteBuffer對象，它可以直接操縱直接內存。DirectByteBuffer對象的引用指向直接內存。
3. 直接內存的存在避免了JVM和本地堆中來回複製數據。

對象創建

1. 在應用程序中當生成一條New指令時，JVM就會從常量池中尋找代表該類型的符號引用，如果能找到該類的類型符號，則說明已經加載該類。如果沒有找到，則需要重新加載該符號代表的類。
2. 找到代表該類的符號引用，JVM會分配一塊與該對象大小相等內存空間。分配內存空間時，可以採用指針碰撞法或空閒列表方式。
   

對象訪問定位

1. 在JVM堆中生成對象之後，訪問對象的方式主要通過reference來訪問。在JVM中reference類型在JVM規範中只規定了一個指向對象的引用，但是沒有規定通過何種方式去定位，查找到對象。
2. 目前主流的reference訪問對象方式主要有通過句柄和直接指針兩種方式。在流行的HotSpot中，採用直接指針方式進行定位對象。
   2.1 直接指針訪問是指 reference中存放了對象實例的指針(即對象地址)和對象類型數據指針的地址，通過reference可以直接在堆中定位到對象實例。對象類型的指針也是存放在堆中，但是該類型數據存放在方法區中。說起來有點拗口，通過圖可以直觀表示一下：
   
   2.2 句柄方式訪問是指在JVM堆中單獨分配一塊內存，用來存放句柄池。句柄池中存放的是都是句柄，而句柄中包含了對象實例數據與對象類型數據的地址信息。reference中存放的是句柄的地址。
   
   2.2.1 上圖可以看出，使用句柄訪問對象時，reference中存放的是句柄的地址，句柄是存放在JVM堆中的句柄池中，句柄中存放了對象數據實例指針和對象類型數據指針。