JVM
JVM
JVM分为五个区域：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器
1. 程序计数器
一块线程私有的很小的内存空间（每一个线程都有自己的计数器），作为当前线程的行号指示器；
为什么需要程序计数器
我们知道对于一个处理器(如果是多核cpu那就是一核)，在一个确定的时刻都只会执行一条线程中的指令，一条线程中有多个指令，为了线程切换可以恢复到正确执行位置，每个线程都需有独立的一个程序计数器，不同线程之间的程序计数器互不影响，独立存储。
注意：如果线程执行的是个java方法，那么计数器记录虚拟机字节码指令的地址。如果为native【底层方法】，那么计数器为空。
这块内存区域是虚拟机规范中唯一没有OutOfMemoryError的区域（程序计数器是用来指向下一条要执行的指令的位置，所以他是一个可预见大小的值，没有必要outOfMemory）。
2. 虚拟机栈 JVM Stacks
俗称”栈“，线程私有，生命周期与线程相同。
栈帧(Frame)是什么？
栈帧是一种数据结构，用于虚拟机进行方法的调用和执行。
栈帧是虚拟机栈的栈元素，也就是入栈和出栈的一个单元。
栈帧在内存中的位置？
内存 -> 运行时数据区 -> 某个线程对应的虚拟机栈 -> 这里就是栈帧了
入栈与出栈代表什么？
每个方法的执行和结束对应着栈帧的入栈和出栈。
入栈表示被调用，出栈表示执行完毕或者返回异常。
一个虚拟机栈对应一个线程，当前CPU调度的那个线程叫做活动线程；一个栈帧对应一个方法，活动线程的虚拟机栈里最顶部的栈帧代表了当前正在执行的方法，而这个栈帧也被叫做‘当前栈帧’。
栈帧既然是个数据结构，都有哪些数据？
局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址、附加信息。
栈帧的大小是什么时候确定的？
编译程序代码的时候，就已经确定了局部变量表和操作数栈的大小，而且在方法表的Code属性中写好了。不会受到运行期数据的影响。
什么是局部变量表？
是一片逻辑连续的内存空间，最小单位是Slot，用来存放方法参数和方法内部定义的局部变量。我觉得可以想成Slot数组....
JVMS7：“any parameters are passed in consecutive local variables starting from local variable 0”
虚拟机没有明确指明一个Slot的内存空间大小。但是boolean、byte、char、short、int、float、reference、returnAddress类型的数据都可以用32位空间或更小的内存来存放。这些类型占用一个Slot。Java中的long和double类型是64位，占用两个Slot。（只有double和long是jvms里明确规定的64位数据类型）
reference类型:与基本类型不同的是它不等同本身，即使是String，内部也是char数组组成，它可能是指向一个对象起始位置指针，也可能指向一个代表对象的句柄或其他与该对象有关的位置。
returnAddress类型:指向一条字节码指令的地址
虚拟机如何调用这个局部变量表？
局部变量表是有索引的，就像数组一样。从0开始，到表的最大索引（Slot的数量-1）
要注意的是，方法参数的个数 + 局部变量的个数 ≠ Slot的数量。因为Slot的空间是可以复用的，当pc计数器的值已经超出了某个变量的作用域时，下一个变量不必使用新的Slot空间，可以去覆盖前面那个空间。（这部分内容在P183页）
特别地，JVMS7：
On instance method invocation, local variable 0 is always used to pass a reference to the object on which the instance method is being invoked (this in the Java programming language)
手动翻译：在一个实例方法的调用时，局部变量表的第0位是一个指向当前对象的引用，也就是Java里的this。
什么是操作数栈？
Each frame (§2.6) contains a last-in-first-out (LIFO) stack known as its operand stack.
翻译：每个栈帧都包含一个被叫做操作数栈的后进先出的栈。叫操作栈，或者操作数栈。
1.栈桢刚创建时，里面的操作数栈是空的。
2.Java虚拟机提供指令来让操作数栈对一些数据进行入栈操作，比如可以把局部变量表里的数据、实例的字段等数据入栈。
3.同时也有指令来支持出栈操作。
4.向其他方法传参的参数，也存在操作数栈中。
5.其他方法返回的结果，返回时存在操作数栈中。
操作数栈本身就是一个普通的栈吗？
其实就是普通的栈，再加上数据结构所支持的一些指令和操作。
同时加上一些对类型的区分：
操作数栈是区分类型的，操作数栈中严格区分类型，而且指令和类型也好严格匹配。
栈桢之间是完全独立的吗？
虚拟机做了一些优化：为了避免过多的 方法间参数的复制传递、方法返回值的复制传递 等一些操作，就让一部分数据进行栈桢间共享。
什么是动态链接？
一个方法调用另一个方法，或者一个类使用另一个类的成员变量时，总得知道被调用者的名字吧？(你可以不认识它本身，但调用它就需要知道他的名字)。符号引用就相当于名字，这些被调用者的名字就存放在Java字节码文件里。
名字是知道了，但是Java真正运行起来的时候，真的能靠这个名字（符号引用）就能找到相应的类和方法吗？
需要解析成相应的直接引用，利用直接引用来准确地找到。
举个例子，就相当于我在0X0300H这个地址存入了一个数526，为了方便编程，我把这个给这个地址起了个别名叫A, 以后我编程的时候(运行之前)可以用别名A来暗示访问这个空间的数据，但其实程序运行起来后，实质上还是去寻找0X0300H这片空间来获取526这个数据的。
这样的符号引用和直接引用在运行时进行解析和链接的过程，叫动态链接。
每一个栈帧内部都要包含一个指向运行时常量池的引用，来支持动态链接的实现。
需要注意的是，局部变量表所需要的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法在栈中需要分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表大小。
Java虚拟机栈可能出现两种类型的异常：
- 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的栈深度，将抛出StackOverflowError。
- 虚拟机栈空间可以动态扩展，当动态扩展是无法申请到足够的空间时，抛出OutOfMemory异常。
3. 本地方法栈
本地方法栈是与虚拟机栈发挥的作用十分相似,区别是虚拟机栈执行的是Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务，可能底层调用的c或者c++,我们打开jdk安装目录可以看到也有很多用c编写的文件，可能就是native方法所调用的c代码。
4. 堆 Heap
线程共享，占用内存最大，JVM启动时创建，存放一切对象实例和数组
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。堆内存是所有线程共有的，可以分为两个部分：年轻代和老年代。
java虚拟机规范对这块的描述是:所有对象实例及数组都要在堆上分配内存，但随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，这个说法也不是那么绝对，但是大多数情况都是这样的（有逃逸分析）。
注意:它是所有线程共享的，它的目的是存放对象实例。同时它也是GC所管理的主要区域，因此常被称为GC堆。根据虚拟机规范，Java堆可以存在物理上不连续的内存空间，就像磁盘空间只要逻辑是连续的即可。它的内存大小可以设为固定大小，也可以扩展。当前主流的虚拟机如HotPot都能按扩展实现(通过设置
-Xmx和-Xms)，如果堆中没有足够内存完成实例分配，而且堆无法扩展将报OOM错误(OutOfMemoryError)
字符串常量池（string pool / String table）：
字符串常量池里的内容是在类加载完成，经过验证，准备阶段之后在堆中生成字符串对象实例，然后将该字符串对象实例的引用值存到string pool中（记住：string pool中存的是引用值而不是具体的实例对象，具体的实例对象是在堆中开辟的一块空间存放的）。string pool在每个HotSpot VM的实例只有一份，被所有的类共享。在jdk1.8后，将String常量池放到了堆中。
package com.example;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b";//在编译时会做优化，直接进行String s3 = "ab";
String s4 = s1 + s2;//new StringBuilder().append("a“).append("b").toString
String s5 = "ab";
String s6 =s4.intern();
System.out.println(s3 == s4);
//false: toString()方法调用了new String()，只要有new String()，那么就会在堆中开辟一个空间生成新对象实例，同时会引用String Pool中的该字符串（没有的话就会在String Pool中创建）
System.out.println(s3 == s5);
//都是对String Pool中"ab"的引用
System.out.println(s3 == s6);
//intern()方法会去String Pool中寻找有没有该字符串，如果有则引用
}
}
GC后面再讲
5. 方法区（Method Area）
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方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是所有线程共享的内存区域。为了和堆区分，也有“非堆（Non-Heap）"的叫法；方法区在启动时创建，逻辑上是堆的一部分（在jvm厂商处实现方式不一样）。
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java虚拟机对方法区比较宽松，除了跟堆一样可以不存在连续的内存空间，定义空间和可扩展空间，还可以选择不实现垃圾收集。
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实现区域
永久代：存储包括类信息、常量、字符串常量、类静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来进行调节。当内存不足时，会导致 OutOfMemoryError 异常。JDK8 彻底将永久代移除出 HotSpot JVM，将其原有的数据迁移至 Java Heap 或 Native Heap（Metaspace），取代它的是另一个内存区域被称为元空间（Metaspace）。 -
元空间（Metaspace）：元空间是方法区的在 HotSpot JVM 中的实现，方法区主要用于存储类信息、常量池、方法数据、方法代码、符号引用等。元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。，理论上取决于32位/64位系统内存大小，可以通过
-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize配置内存大小。 -
JVM 为每个加载的类和接口都创建一个
java.lang.Class实例（JDK6 存储在方法区，JDK6 之后存储在 Java 堆），这个对象存储了所有这个字节码内存块的相关信息，如平时使用的this.getClass().getName()this.getClass().getDeclaredMethods()this.getClass().getDeclaredFields()，可以获取类的各种信息，都是通过这个 Class 引用获取。 -
class文件常量池（class constant pool）
可以理解为 *.class文件的资源仓库
类基本信息：举例HelloWorld.class
C:\Users\55202\IdeaProjects\untitled1\out\production\untitled1>javap -v HelloWorld.class Classfile /C:/Users/55202/IdeaProjects/untitled1/out/production/untitled1/HelloWorld.class Last modified 2021-3-26; size 601 bytes MD5 checksum 5687fddf5f7080b11d876985f0a54b45 Compiled from "HelloWorld.java" public class HelloWorld minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER类方法定义（包括虚拟机指令）
{ public HelloWorld(); descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 1: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this LHelloWorld; public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 //从这里开始就是虚拟机指令 0: getstatic #2 //Fieldjava/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; //getstatic即是获取静态成员变量System.out,#2指的是引用常量池中的#2，去下面常量池找 3: ldc #3 // String HelloWorld 5: invokevirtual #4 //虚方法调用，去找java/io/PrintStream类中的println方法，参数类型是(Ljava/lang/String;)V 8: return LineNumberTable: line 3: 0 line 4: 8 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 args [Ljava/lang/String; }Constant Pool 常量池：就是一张表，虚拟机从中找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量（"HelloWorld"字符串，基本类型Integer、Boolean、Final字段的常量）型等信息：
Java 中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术，这些类是 Byte、Short、Integer、Long、Character、Boolean，另外 Float 和 Double 类型的包装类则没有实现。另外 Byte、Short、Integer、Long、Character 这5种整型的包装类也只是在对应值在-128到127之间时才可使用对象池。
Constant pool: #1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = String #23 // HelloWorld #4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Class #23 // HelloWorld #6 = Class #26 // java/lang/Object #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 LHelloWorld; #14 = Utf8 main #15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #16 = Utf8 args #17 = Utf8 [Ljava/lang/String; #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 HelloWorld.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = Class #27 // 找到#27的字符串 java/lang/System #22 = NameAndType #28:#29 // out:Ljava/io/PrintStream; #23 = Utf8 HelloWorld #24 = Class #30 // java/io/PrintStream #25 = NameAndType #31:#32 // println:(Ljava/lang/String;)V #26 = Utf8 java/lang/Object #27 = Utf8 java/lang/System #28 = Utf8 out //成员变量名：out #29 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; //类型：java/io/PrintStream #30 = Utf8 java/io/PrintStream #31 = Utf8 println #32 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V -
运行时常量池（runtime constant pool）：常量池是*.class文件中的，当类被加载时，其常量池信息被加入到运行时常量池，把符号地址变成真实地址
常量池只有类文件在编译的时候才会产生，而且是存储在类文件*.class中的。而运行时常量池是在方法区，而且可在JVM运行期间动态向运行时常量池中写入数据，比如String的 intern() 。
