關於Java虛擬機運行時數據區域的總結

• 2019 年 10 月 3 日
• 筆記

Java虛擬機運行時數據區域

程式計數器（Program Counter）

程式計數器作為一個概念模型，這個是用來指示下一條需要執行的位元組碼指令在哪。

Java的多執行緒實際上是通過執行緒輪轉做到的，如果是一個單核的機器（或單cpu），嚴格意義上在一個時間塊中只會有一個執行緒在執行。為了執行緒切換以後能恢復到正確的執行位置，每個執行緒都需要有一個單獨的計數器，每個計數器之間要是獨立的互不干擾。

如果執行緒執行的是Java方法，那麼PC指向的是正在執行的虛擬機位元組碼指令的區域，如果執行的是native方法，那麼它是undefined。

Java虛擬機棧

Java virtue machine也是執行緒私有的，它擁有一個和執行緒相同的生命周期

虛擬機棧描述的是Java方法執行的記憶體模型；stack frame（棧幀）是一個經常談及的概念，它用來儲存內部變數表，操作數棧，動態鏈接，方法出口等等。

每一個方法從調用到執行完畢，也就對應著一個棧幀在虛擬機棧中的入棧和出棧

我們以前畫圖來說明記憶體區的時候，總是去關注Heap（堆記憶體）和stack（棧記憶體）這兩部分，這是與對象記憶體分配最相關的兩塊記憶體區。通常所說的stack就是虛擬機棧，或者更具體的說是虛擬機棧中的局部變數表。

局部變數表存放了編譯器可知的各種基本數據類型（boolean byte double char int short long float）對象引用（reference類型，並不是對象本身，可能是地址的引用指針，也可能是一個代代表對象的句柄）return address類型（指向一條位元組碼指令的地址）

局部變數表的意義就在於，可以把表所需的記憶體在編譯器就進行分配，每次程式去調用一個方法的時候，方法需要在frame中分配多少的局部記憶體空間是確定的。

兩種異常情況

如果執行緒請求的棧的深度大於虛擬機所允許的，就是StackOverFlowError，如果是支援動態拓展的虛擬機（大部分的現代虛擬機都支援）依然無法申請到足夠的記憶體，就會報出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧是和Java虛擬機棧對應的一個概念，它們的作用也是相近的，唯一的不同是，本地方法棧執行的是native方法，而Java虛擬機棧執行的是Java方法（也就是位元組碼）服務

在Sun的HotSpot虛擬機裡面，本地方法棧和虛擬機棧是一個。

Java堆

堆是被所有的執行緒所共享的一塊區域，這塊記憶體區域存在的唯一目的就是存放對象實例，在虛擬機啟動的時候就會被創建，幾乎所有的對象實例都會在這裡被分配記憶體

所有的對象實例和數組都要在堆上分配 –《Java虛擬機規範》

隨著JIT編譯器的發展和逃逸技術的成熟，這句話也變得不是那麼的絕對了。

GC（garbage collection）也發生在這個區域，所以有時候也被稱為GC堆

方法區

方法區和Java堆相似，是執行緒共享的一段記憶體區域，它用於儲存已經被虛擬機載入的類資訊，常量，靜態變數，即時編譯器編譯後的程式碼。

聽起來好像和Java堆很像，Java虛擬機標準裡面也把它視為堆的一個邏輯部分，但是它被稱作Non-Heap，目的是和Java堆區分開來。

Permanent Generation？那麼，這個方法區就是永久代嗎，並不是。只是在HotSpot虛擬機的設計中，用永久代來實現了方法區。（在JDK1.7中，已經把原本放在永久代的字元串常量池移出了）

運行時常量池（Runtime Constant Pool）

這也是方法區的一個較重要的部分，.class文件除了有類的版本，欄位，方法，介面等描述資訊外，還有一部分是常量池，用於在存放編譯期生成的各種字面量（Literal）和符號引用（Symbolic References），這部分的內容在類載入以後進入運行時常量池中存放。

字面量比較好理解，是Java語言層面的常量，例如文本字元串，聲明為final的變數

符號引用這個我第一時間沒看懂什麼意思，其實是編譯原理的一個概念，包括以下的三種常量：

• 類和介面的全限定名
• 欄位名稱和描述符
• 方法名稱和描述符

動態性，這是運行時常量池的一個重要的特性，在運行期間也可以將新的常量放進常量區（包括基本包裝類和String，也可以調用intern（）將String強制放進常量池）

為什麼需要運行時常量池呢？

• 更少的記憶體。直接賦值的時候會利用常量池裡面的對象，而不是去new了一個

• 更快的速度 。『==』比equals（）更快

Integer a = 23;//在編譯的時候會變成Integer a = Integer.valueOf(23);使用的是執行緒池裡面的對象    Integer b = new Integer(23);//創建了新的對象  

ps.我感覺這個的設計思路和資料庫連接池是差不多的，可以對照著去理解。

參考資料

《深入理解Java虛擬機》