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目录一、运行时数据区（详述）1.1 程序计数器1.2 本地方法栈1.3 虚拟机栈1.3.1 什么是虚拟机栈1.3.2 栈桢1.3.2.1 局部变量表1.3.2.2 操作数栈1.3.2.2.1 栈式指令集架构 VS 寄存器指令集架构1.3.2.3 动态链接1.3.2.4 返回地址1.4 方法区1.4.1 组成部分1.5 堆

一、运行时数据区（详述）

在程序的运行过程中,为了支持程序的运行JVM中定义了各种不同的运行时区域.有些区域是虚拟机启动时便存在,当虚拟机销毁时退出. 有些区域是随着线程的创建而创建,随着线程的结束而销毁。

本章就运行时数据区中的五个部分进行阐述：堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、方法区。

1.1 程序计数器

特点：

• 线程安全

  每个线程都有自己的程序计数器空间

• 唯一不会OOM的运行时数据区且不需要垃圾回收

作用：

线程在执行过程中，需要在不同线程之间来回切换。在线程执行过程中，程序计数器需要记录线程的指令地址，当某线程从丢失CPU使用权到再次获得使用权时，为继续执行剩余指令提供依据。

1.2 本地方法栈

在java的运行过程中,我们经常会调用到C的本地方法来完成功能实现. 针对C/C++代码实现的方法(也就是这些native修饰的方法)调用过程.需要有一个本地方法栈来保存方法的执行操作逻辑和操作数据.本地方法栈就是这样的一个角色。

1.3 虚拟机栈

1.3.1 什么是虚拟机栈

虚拟机栈是一种标准的栈数据结构，当每个线程被创建起之后，都会创建其独立的虚拟机栈空间，每个虚拟机栈都会有独立的虚拟机栈。

当线程需要执行某个方法时，方法以栈桢（Frame）形式压入虚拟机栈中，当方法执行完毕之后再从虚拟机栈中弹出。

这样的一种栈结构非常适合方法之间的调用执行。

1.3.2 栈桢

通过上面的描述栈桢可以理解为线程执行某个方法，方法的运行时空间。栈桢的生命周期随方法的调用而发起，随方法的执行完毕而销毁。

栈桢的数据结构如下：

虚拟机栈中就是由各个栈桢所组成，因此研究栈桢中的结构是非常有必要的。

在栈桢中有包含如下四个部分：

• 局部变量表

• 操作数栈

• 动态链接

• 方法返回地址

下面对这四个部分进行详述：

1.3.2.1 局部变量表

在运行时常量池中的变量，栈桢中并没有直接使用，运行时常量池中的变量会加载到栈桢中的局部变量表中去操作使用。

这里也有个面试常问的点：

在一个简单的成员方法中，只有两个变量。问？在栈桢中局部变量表中有几个变量？

同样的问题，如果是在静态方法中呢？

文末见答案吧！

1.3.2.2 操作数栈

操作数栈也是一种栈式数据结构，在方法执行过程中，会根据方法中的指令（如：iload、istore、iconst）将局部变量表中的数据加载到操作数栈中，然后根据操作类型指令（iadd...）去除栈顶对应几个元素进行操作。

可以看出，JVM栈桢中使用的就是这种零地址指令，是通过不断的存入、去除操作数栈中栈顶对应几个元素进行操作，这中间过程中并不涉及到任何变量地址。

这种就称为栈式指令集架构，与之对应的还有寄存器指令集架构（Davlik），而Davlik指令集架构中引入了地址。

1.3.2.2.1 栈式指令集架构 VS 寄存器指令集架构

• 可移植性

  栈式指令集架构不需要地址，在大多机器上都适配，可移植性较好；

  寄存器指令集架构有一地址、二地址等，需要寄存器的支持，可移植性不算好。

• 占用空间大小

  栈式指令集架构占用空间更少

• 工作效率

  因为栈式指令集架构没有地址，因此数据之间的操作需要借助操作数栈，效率较低；

  寄存器指令集架构中指令包含地址，可以更加高效执行复杂的操作逻辑。

1.3.2.3 动态链接

Class字节码文件中包含常量池部分，常量池中存放的是变量的符号引用、方法的符号引用。当类加载器将Class字节码加载到运行时数据区中，这些常量池中的数据会放入到方法区中的运行时常量池中。

而栈桢中含有指向运行时常量池的引用就是动态链接。

1.3.2.4 返回地址

一个方法有两种方式结束运行：

• 方法执行完毕正常退出

• 方法异常退出

方法不论以何种方式结束运行，最终都要有一个返回地址。

1.4 方法区

方法区属于堆的逻辑组成部分，但是不同的厂商具体的实现方式不同，哪怕是相同厂商不同的JDK版本可能实现也有所区别。

比如HotSpot虚拟机中在1.7版本之前，方法区是通过Perm Space实现的，在1.8版本之后是通过元空间实现的。

方法区的生命周期同JVM一致，方法区是线程共享的。

1.4.1 组成部分

• Kclass文件（类结构信息）

  这里也有一个面试常问的点：类的static变量存储在哪？

  答：在JDK1.6 静态变量存储在Kclass末尾，在JDK1.7开始，静态变量存储在Class对象中，即存储在堆中

• 运行时常量池

  Class字节码文件中包含常量池信息，当Class文件被ClassLoader加载到JVM时，这些常量池信息会被加载到运行时常量池信息中。

  其中StringTable比较特殊，在1.6版本之前，串池存在于运行时常量池中，在1.7之后，StringTable被拿到了堆中

• ClassLoader

• JIT即时编译代码

这里描述一下Kclass与对象的Class对象之间的关系：

1.5 堆

背景：堆是JVM中空间占比最大的一部分。生命周期同JVM，且是线程环境下共享；

“几乎”所有的对象都分配在堆中（下文会讲解到TLAB与栈上分配）；

堆是垃圾回收关注的重点对象。

堆的组成部分：

• 老年代

• 新生代

  • Eden

  • S0

  • S1

其中Eden:S0:S1 = 8:1:1，为何是这样呢，这其实是根据大量实验得出的最好配比。

重要JVM参数：

• -Xmx：堆最大空间
• -Xms：堆的初始化空间

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