Java内存模型浅析

JVM在执行java程序时会将它所管理的内存划分成若干个不同的数据区域。如图所示：

其中方法区和堆是所有线程共享的数据区，其他区域则是线程隔离的数据区。

这些区域的功能各有不同：

程序计数器：可以理解为当前线程所执行的字节码的行号知识器。字节码解释器工作时会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，判断，异常处理，线程回复等功能都依赖这个计数器。每个线程都有自己独立的程序计数器，即程序计数器为“线程私有”的资源。

虚拟机栈：虚拟机栈也是线程私有的，生命周期与线程相同。这个栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧，栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，操作出口，方法出口等信息。每个方法被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从入栈到出栈的过程。

下图描述的是栈帧的结构：

这是局部变量表的结构

 

本地方法栈：与虚拟机栈所发挥的作用一致，其区别就是虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机中所使用到的native方法服务。由于虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言，使用方式与数据结构并没有强制规定，所以具体的虚拟机可以自由实现它，有的虚拟机中直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

java堆：java堆是jvm所管理的内存中最大的一块，java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一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。另外，java堆是垃圾回收器管理的主要区域，因此很多时候被称为gc堆。

方法区：跟java堆一样，是各个线程共享的区域。它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。java虚拟机规范将其描述为堆的一个逻辑部分。

运行时常量池：常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本，字段，方法，接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

 

示例：

当我们写下这行代码时：

 

Object obj = new Object();

其实涉及到了java栈，堆，方法区这三个最重要的内存区域。

Object obj这部分的语义将会被映射到java栈的本地变量表中，作为一个reference类型数据出现。而new Object()部分则会反映到java堆中，另外，在java堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型，父类，方法等）的地址信息，这些类型数据存储在方法区中。

由于reference类型在java虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到java堆中对象的具体位置，因此，不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。

1.如果使用句柄访问方式，java堆将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据的具体地址信息（方法区中）：

 

2.如果使用直接指针访问方式，java堆对象的布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象地址