一文说清楚jvm 内存模型 & 栈上分配& 标量替换
今天简单讲一下jvm 内存模型（JDK1.8版本）
jvm 内存模型主要可以分为以下几个模块
- 堆内存
- 栈内存
- 本地方法栈
- 方法区
- 程序计数器
堆内存
其实开发过程中我们多多少少都听说过：“我们创建出来的对象都在堆内存里面”，这个的确是没有错的，我们创建出的对象大多数都在堆内存里面，但是请注意，我说的是大多数对象，不是全部的对象，而且，堆内存也不仅仅是存放我们创建出来的对象，还有一些其他的信息，比如类的反射信息，没错，我们在用反射的时候，其实是有一个类的反射对象在堆内存的，我们调用反射方法其实就是调用者反射类的方法
栈内存
栈内存，也叫线程栈，所谓线程栈，就是每个线程运行时所拥有的的一块专属的内存空间，jvm会在创建的线程时给线程分配，每个每个线程在执行方法的时候，又会给每个方法分配独立的内存空间，这块空间称之为栈帧，一个方法对应一个栈帧空间，栈帧空间与栈帧空间之间相互独立，并且存在当前线程栈之中，而栈帧里面又包括一些其他的信息，比如
- 局部变量表
- 操作数栈
- 动态链接
- 方法出口
下面我就来讲一下每一块内存都是什么意思，有什么作用
局部变量表:
就是用来存放当前方法内部的局部变量的
操作数栈：
假如我在方法内申明了一个数字类型的变量，或者进行了数值方面的运算，这个时候就会用到操作数栈
动态链接：
这个很难理解，我举个例子，我们都知道，java是一门支持多态的语言，子类可以重新父类的方法，而我们执行方法的时候，在编译期间是不知道具体执行的是子类的的方法还是父类的方法的，这个只有在运行的时候才能拿知道，这样的话，这个运行的方法就是动态链接，所谓动态链接，其实就是存放的具体执行方法的代码的地址
方法出口：
方法出口很好理解，就是a方法调用了b 方法，b方法执行完毕值，要回到被调用的地方，这个时候会需要一个内存来存放这个代码的地址，这就类似于我们打游戏进入副本，刷完副本之后你会回到进入副本前的位置，方法出口就是记录这个进入副本前的位置的
本地方法栈：
本地方法栈也很好理解，我们都知道java是1995年诞生的，在此之前基本都是C/C++的天下，很多东西都是C/C++实现的，所以我们java 在执行某些方法的时候，会调用C++ 代码（就是虚拟机目录下dll文件，调用的过程就类似于我们调用了一个第三方jar包），这个方法调用的过程被称之为调用本地方法，而本地方法执行所需要的内存都是在本地方法栈里面的
程序计数器：
这个也是每一个线程独有的，java是一门多线程语言，每个线程可以独立运行代码，当我们线程a运行method方法的时候，运行到一半，时间片用完了，这个时候线程b也来运行method方法，也运行到一半运行完了，时间片回到线程a，这个时候，需要 一个内存空间来记录当前线程运行到哪一行代码了，这个程序计数器就是来记录运行代码的行记录
方法区：
这个区域可能会存放好几块信息
- 常量池
- 代码元数据
- 静态变量
- klass对象
常量池：
很好理解，和名字一样，就是用来存放常量的，就是我们用final修饰的变量，当然，还有一种情况，我们string a=“abc”
这个abc 字符串也会放在常量里面，还有integer包装类 0-128 这几个数字也在常量，当然其他包装类型也有一些数据放在常量池里面，这里不展开讲，有兴趣评论区留言，到时候单独出一期来讲一讲
代码元数据：
这个就是我们写的代码，我们写的代码就是存放在这块空间的
静态变量：
就是被我们用static修饰的变量，这个也会被放在方法区
klass对象：
么错，就是klass 这个不是我们java的class对象，是jvm使用的klass对象，这个是jvm使用的，是C++ 的对象
例子
我上面讲可能比较抽象，下面我来举一个例子，如下代码
public Math {
public static final String str="111";
public Math math=new Math();
public static Math math1=new Math();
public void method(){
int a=10;
int b=20;
int c=(a+b)*10;
Math math4=new Math();
String s=math.str;
Math math5=math.math;
}
public Math method2(){
Math math2=new Math();
math2.str="100";
return math2;
}
public static void main(String[]args){
Math math3=new Math();
math3.method();
math3.hashcode();
math3.method2();
}
}
Math 类有普通放，一个main方法，有两个静态变量，一个普通变量，
- 这些代码信息就是存放在我们的方法区里面的
- 两个静态变量，变量名存放在方法区，但是创建出来的对象放在堆内存，普通属性，也就事math属性，math 变量名称放在栈空间，而创建出来的对象放在堆空间
- 我们来运行代码，首先，我们运行main函数，jvm 会创建一个线程，这个线程我们称之为主线程，jvm会给主线程分配内存，也就是给主线程自己独立的 线程栈空间，然后主线程来运行main方法，这个时候，jvm会在主线程的线程栈里面划分出一块空间用来运行main方法，这个空间就是mian方法的栈帧空间，
- 我们来看第一行代码 Math math3=new Math(); 我们创建了一个对象，对象名称叫math3 ，按照上面的我说的逻辑，这个math3 会放在main栈帧空间的局部变量表里面，然后创建出来的这个对象放在对内存里面，注意，局部变量表里面的math3 其实存放的是 math3 这个对象的在堆内存的内存地址，
- 然后第二行代码，math3.method(); 我们执行了Math类的mathod 方法，这个时候，jvm又会在当前线程的线程栈空间里面划分出一个栈帧空间用来供 method方法 使用， 注意这个栈帧空间也是在当前线程栈里面，但是是和main方法线程栈隔开的，是相互独立的
- 然后我们进入mathod方法第一行代码，int a=10; 这个时候，当前栈帧空间里面 的局部变量表里面已经有 三个局部变量了：a，b，c（这个局部变量在分配线程栈空间的时候就会存在，只不过那时候都是默认值，没有赋予真正的值），然后jvm 会进行赋值操作，jvm 会把 10 压入操作数栈，然后在把10 赋值给局部变量表里面的a ，这个时候 局部变量表里面的a 才会变成a=10
- 第二行代码和第一行一样，先把20 压入操作数栈，然后赋值给局部变量表里面的b
- 第三行代码，jvm 会吧 a的10 压入操作数栈（注意，上一步执行完赋值操作之后，操作数栈就空了），然后把b的20 压入操作数栈，然后把 10 和20 传给cpu ，cpu进行运行，得到30 ，然后把30 压回操作数栈，然后10 被压入操作数栈，然后10 和 30 被压入cpu，cpu运行得到300，300被压入操作数栈，然后300 被赋值给 局部变量表里面的c，这个时候c =300。
- 以上就是栈空间的局部变量表和操作数栈的用法
- 接着我们继续往下看，method方法执行完毕，方法返回mian，这个时候，jvm怎么知道需要返回到main方法的哪一行代码呢，这个时候时候，方法出口就排上用场了，method方法的栈帧的方法出口记录了mathod 方法运行完毕之后，jvm应该返回到调用mathod方法代码的具体位置，然后接着往下执行，这就是方法出口的作用
- 接下来执行math3.hashcode(); 注意，hashcode 是math父类object类方法，这个方法在调用的时候才知道具体执行的是父类的还是子类的方法，这种在运行期间才能确定的方法我们也需要用一块内存来记录，这块内存就是动态链接，动态链接具体存储的就是运行的具体代码的位置。
- hashcode 方法运行完毕之后，然后jvm运行下一行代码math3.method2();
- 其实mathod2 方法 和mathod 差不多，也是 局部变量存 栈的局部变量表里面，然后对象存在堆内存，这里不在重复，我这里说一个重点，就是他们的返回值，在mathod方法中是没有返回值的，也就是说在mathod创建的对象，他的作用域没有超过这个方法本身（这个过程被称为对象的逃逸分析，就是判断这个对象的作用范围有没有逃逸出这个方法本身），所以，在这种情况下，jvm其实不会把创建出来的对象放在堆内存，而是会直接放在栈内存，应为这样方法结束之后，栈帧空间被回收，对象也就是直接回收了，而如果放在堆内存里面，堆内存满了，需要做gc，gc会产生stw，这样影响性能。
- 除了对象栈上分配之外，其实jvm还会做一件事，就是标量替换，因为如果对象本身没有逃逸出这个方法，其实jvm在方法内部使用的的就是对象的属性和方法罢了，如果是属性，我直接给属性分配内存并且赋值就可以了，如果是方法，那么就再申请一块栈帧空间，这样的话，我连对象都不用创建的了（创建对象本身也需要 内存空间，在64位机器上开启指正压缩为16个字节，对象头8个字节，对象指针4个字节，对其填充位4个字节），所以其实连对象都不用创建，只要给对象的属性赋值就可以了，这个过程被称之为标量替换
