jvm的内存区域介绍

什么是jvm？

　　JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。 JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码）,就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

　　Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因。

JRE/JDK/JVM是什么关系？

　　JRE(JavaRuntimeEnvironment，Java运行环境)，也就是Java平台。所有的Java 程序都要在JRE下才能运行。普通用户只需要运行已开发好的java程序，安装JRE即可。
　　JDK(Java Development Kit)是程序开发者用来来编译、调试java程序用的开发工具包。JDK的工具也是Java程序，也需要JRE才能运行。为了保持JDK的独立性和完整性，在JDK的安装过程中，JRE也是 安装的一部分。所以，在JDK的安装目录下有一个名为jre的目录，用于存放JRE文件。
　　JVM(JavaVirtualMachine，Java虚拟机)是JRE的一部分。它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行。使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。

jvm的有哪些组成部分

 jvm整体上可以分为以下四个部分：

• 类加载器（ClassLoader）

• 运行时数据区（Runtime Data Area）

• 执行引擎（Execution Engine）
• 本地库接口（Native Interface）

　　但是一般我们所关注的jvm的数据区域就是运行时数据区,这个区域也是我们解决jvm问题所关注的区域，这个区域主要包括一下几个部分：

• 程序计数器:线程私有

　　程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

　　由于Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

　　可能出现的异常：如果线程正在执行的是一个Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

• java虚拟机栈：线程私有

　　Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期和线程的生命周期是相同的。虚拟机栈秒速的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表，操作数栈，动态连接，方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中的入栈到出栈的过程。

　　经常有人把java内存区分为堆内存和栈内存，这种分法比较粗糙，Java内存区域的划分实际上远比这复杂的多。但是这种划分也反映了大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系醉密切的内存区域就是这两块。其中堆指的就是java对，栈指的就是java虚拟机栈，更准确的说是java虚拟机栈中局部变量表部分。

　　局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象的引用（它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

　　局部变量所需的内存空间在编译器完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间时完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

　　可能出现的异常：java虚拟机规范中，对此区域规定了两种异常状况。

　　 　　  1、如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度就会抛出StackOverflowError异常。

　　　　2、如果虚拟机是可以动态扩展的（当前大多数的java虚拟机都是可以动态扩展的，只不过java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存就会抛出OutOfMemoryError异常。

• 本地方法栈：线程私有

　　 本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常类似的，只不过虚拟机栈是服务Java方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用Native方法服务的。在虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方法与数据结构并没有强制的规定，因此具体的虚拟机可以自有的实现它。
甚至有的虚拟机(譬如 Sun HotSpot虚拟机)直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
可能出现的异常：与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
注意：对于HotSpot来说，虽然-Xoss参数（设置本地方法栈大小）存在，但是实际上是无效的，站容量只有-Xss参数设定。

• java堆：线程共享　

　　Java堆（Java Heap）是Java虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，在虚拟机启动时候创建，Java堆唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在java虚拟机规范中
描述是：所有的对象实例以及数据都要在堆上分配，但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化的技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配在堆上渐渐变得不那么“绝对”了。
　　java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此Java堆又被称为“GC堆”。从内存回收的角度来看，由于现在的收集器基本都是采用分代搜集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的又Eden
空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论怎么划分，都与存放的内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，
进一步划分的目的是为了更好的而回收内存，或者更快的分配内存。这篇文章我们仅仅是对内存区域的作用进行讨论，Java堆中的各个区域的分配和回收我们会在下篇文章中进行讨论。
　　根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现的时，既可以实现成固定大小的，也可以时可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是可以可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xmx来控制）。
可能出现的异常：如果在队中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，会抛出OutOfMemoryError异常。

• 方法区：线程共享

 　　方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区秒速位堆的一个逻辑部分，但是它却又一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

　　对于习惯再HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多人原因把方法区称作“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机垃圾回收器团队把GC分代收集扩展到了方法区，或者说是用来永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器可以想管理java堆一样管理方法去内存，能省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他的虚拟机起始并不存在“永久代”的概念。原则上，如何实现方法去属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范约束，但使用永久代来实现方法区并不是一个好主意，因为更容易出现内存溢出的问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限,而其他的虚拟机只要没有触碰到进程可用内存的上线，就不会出问题），而且有极少数方法（例如String.intern()）会因为这个原因导致不通虚拟机下有不同的表现。因此再发布的Jdk7的HotSpot中，已经把原本放到永久代的字符串常量池移出了，而在Jdk8也移除了“永久代”，使用Native Memory来实现方法区。

　　Java虚拟机规范中堆放区的限制非常的宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择的固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对来说，垃圾收集行为在这个区域很少出现，但也不是说数据进入这个区域就永久存在了，这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当的苛刻，但是这部分区域的回收确实也是有必要的。

可能出现的异常：当方法区无法满足内存分配需要时，就会抛出OutOfMemoryError异常。

• 运行时常量池

 　　运行时常量池时方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等秒速信息外，还有一箱信息时常量池，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

　　java虚拟机对Class文件每部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求才会背虚拟机任何、装载和执行，但对于运行时常量池，Java虚拟机没有坐任何细节的要求，不通的提供商可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

　　运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征时具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译器产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区的运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern（）方法。

可能出现的异常：因为运行时常量池时方法区的一部分，自然收到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时就会抛出OutOfMemoryError异常。

• 直接内存

 　　其实直接内存并不时虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机内存规范中的内存区域。但是这部分内存也被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

　　 再jdk1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库来直接分配堆外内存，然后通过一个存储再java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样在一些场景中显著的提高性能，因为避免了在java堆和Native堆中来回复制数据。

　　可能出现的异常：显然，本机直接内存的分配不会收到jva堆大小的限制，但是，既然时内存，肯定还是首都奥本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。服务器管理员在配置虚拟机参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于 物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

　　

对象的创建过程

 暂略

下篇文章我们介绍jvm垃圾收集器介绍