JVM筆記【1】– 運行時數據區
（一）java記憶體區域管理
C/C++每一個new操作都需要自己去delete/free，而java裡面有虛擬機自動管理記憶體，不容易出現記憶體泄漏或者溢出的問題，但是不容易出現不代表不出現，了解虛擬機怎麼使用和管理記憶體是十分重要的是，對程式優化或者問題排查有幫助。
運行時區域主要分為：
- 執行緒私有：
- 程式計數器:
Program Count Register,執行緒私有，沒有垃圾回收 - 虛擬機棧:
VM Stack，執行緒私有，沒有垃圾回收 - 本地方法棧:
Native Method Stack,執行緒私有，沒有垃圾回收
- 程式計數器:
- 執行緒共享：
- 方法區:
Method Area，以HotSpot為例，JDK1.8後元空間取代方法區，有垃圾回收。 - 堆:
Heap，垃圾回收最重要的地方。
- 方法區:
1.1 程式計數器
空間很小，當前執行緒執行的位元組碼的行號指示器（執行緒獨有，指示當前執行到哪，下一步需要執行哪一個位元組碼），分支，循環，跳轉，異常處理，執行緒恢復都需要依賴它。
執行緒私有：java多執行緒其實是執行緒輪流切換並分配處理器執行時間的方式實現，一個核一個具體的時間點，只會執行一個執行緒的指令。執行緒切換需要保存和恢復正確的執行位置（保護和恢復現場），所以不同的執行緒需要不同的程式計數器。
- 執行
java方法時，程式計數器記錄的是正在執行的位元組碼指令地址 - 執行
Native方法，程式計數器為空
唯一一個沒有規定任何OutOfMemory的區域，也沒有GC（垃圾回收）。
1.2 虛擬機棧
執行緒私有，生命周期和執行緒一樣，主要是記錄該執行緒Java方法執行的記憶體模型。虛擬機棧裡面放著好多棧幀。注意虛擬機棧，對應是Java方法，不包括本地方法。
一個Java方法執行會創建一個棧幀，一個棧幀主要存儲：
- 局部變數表
- 操作數棧
- 動態鏈接
- 方法出口
每一個方法調用的時候，就相當於將一個棧幀放到虛擬機棧中（入棧），方法執行完成的時候，就是對應著將該棧幀從虛擬機棧中彈出（出棧）。
每一個執行緒有一個自己的虛擬機棧，這樣就不會混起來，如果不是執行緒獨立的話，會造成調用混亂。
大家平時說的java記憶體分為堆和棧，其實就是為了簡便的不太嚴謹的說法，他們說的棧一般是指虛擬機棧，或者虛擬機棧裡面的局部變數表。
局部變數表一般存放著以下數據：
- 基本數據類型（
boolean,byte,char,short,int,float,long,double） - 對象引用（reference類型，不一定是對象本身，可能是一個對象起始地址的引用指針，或者一個代表對象的句柄，或者與對象相關的位置）
- returAddress（指向了一條位元組碼指令的地址）
局部變數表記憶體大小編譯期間確定，運行期間不會變化。空間衡量我們叫Slot（局部變數空間）。64位的long和double會佔用2個Slot，其他的數據類型佔用1個Slot。
異常：
- StackOverflowError：執行緒請求的棧深度大於虛擬機允許的深度
- OutOfMemoryError：記憶體不足
1.3 本地方法棧
和虛擬機棧類似，對應本地方法，Native，虛擬機規範允許語言，使用方式和數據結構不同，有些可能將虛擬機棧和本地方法棧合併。
異常與虛擬機棧一致：
- StackOverflowError：執行緒請求的棧深度大於虛擬機允許的深度
- OutOfMemoryError：記憶體不足
1.4 java堆
堆是記憶體管理最大的一塊，執行緒共享。
虛擬機規範中說，所有的對象實例和數組都要在堆上分配。但是實際上不是所有的對象都在堆上分配，這個和JIT編譯器的發展和逃逸分析技術相關。Why？
// TODO
堆的細分：新生代，老年代，再細分有Eden，From survivor，To survivor等。
堆中也有可能有執行緒私有的區域，分配緩衝區。
物理上可以不連續，但是邏輯上是連續的。
異常：
- OutOfMemoryError：記憶體不足
1.5 方法區
名為非堆，但是實際和堆一樣，是執行緒共享的區域，主要存貯以下資訊：
- 已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
方法區不等於永久代，指示Hotspot虛擬機將GC分代收集拓展到方法區，也就是用永久代實現了方法區，而其他的虛擬機不一定，不是固定的。JDK1.7將永久代的字元串常量移出了。
方法區回收垃圾的效果不是很好，可以選擇不回收，虛擬機可以決定，當然也可能發生記憶體泄漏。
異常：
- OutOfMemoryError：記憶體分配異常
1.5.1 運行時常量池
運行時常量池時方法區的一部分，但是不是全部，Class文件主要包括：
- 類的版本
- 欄位
- 方法
- 介面
- 常量池，存放編譯產生的字面量和符號引用，一般除了描述Class文件的符號引用，還有直接引用也在裡面。是動態的，運行時可以產生，比如String.intern()方法。
異常：
- OutOfMemoryError：記憶體分配異常
（二）直接記憶體
不是虛擬機運行時數據區，也不是規範規定的區域，但是使用頻繁且可能會有OutOfMemoryError：記憶體分配異常出現。
比如，NIO（1.4）基於Channel與Buffer的I/O，可以用Native函數直接分配堆外記憶體，通過存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為引用來操作，提高性能，不需要Java堆和Native堆都來回複製數據。
直接記憶體受物理的記憶體，或者處理器定址空間之類的限制。
本文系JVM學習相關筆記，整理來自周志明老師的《深入理解Java虛擬機》，無比欽佩，強烈推薦！
【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。這個世界希望一切都很快，更快，但是我希望自己能走好每一步，寫好每一篇文章，期待和你們一起交流。
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