- 程序运行过程中，java文件的执行流程
- 内存分配区域：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，堆，方法区
- 总结
java虚拟机在执行java程序的过程中，会把它所管理的内存划分为不同的数据区域，下图描述了一个.java文件被JVM加载到内存中的过程
-
HelloWorld.java文件首先需要经过编译器编译，生成HelloWorld.class字节码文件
-
Java程序中访问到HelloWorld这个类时，需要通过ClassLoader（类加载器）将HelloWorld.class加载到JVM的内存中
-
JVM中的内存可以划分为若干个不同的数据区域，主要分为：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，堆，方法区
java文件加载运行过程.png
1.程序计数器
本质：程序计数器 是虚拟机中一块较小的内存空间，主要用于记录当前线程执行的位置
-
背景
-
Java程序时多线程的，CPU在多个线程中分配执行时间片段（RR调度算法）。
-
当一个线程被CPU挂起时，需要记录代码已经执行到的位置，当CPU重新执行此线程时，需要知道从那行指令继续执行，这就是程序计数器的作用
-
-
注意点
-
在Java虚拟机规范中，对程序计数器这一区域没有规定任何OutOfMemoryError情况（或许是感觉没有必要把）
-
程序计数器是线程私有的，每条线程内部都有一个私有程序计数器。它的生命周期随着线程的创建和结束。
-
当一个线程正在执行一个java方法的时候，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Native方法，这个计数器值则为空（Undefined）
-
2.虚拟机栈
-
经常听到JVM是基于栈的解释器执行的，DVM是基于寄存器解释器执行的，这里的“基于栈”值得就是虚拟机栈
-
虚拟机栈设计的初衷是用来描述Java方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候，JVM都会在虚拟机栈中创建一个栈
-
虚拟机栈也是线程私有的，与线程的生命周期同步，在jvm规范中，对这个区域规定了两种异常状况：
-
StackOverflowError：当线程请求栈深度超出虚拟机栈所允许的深度时抛出
-
OutOfMemoryError：当jvm动态扩展到无法申请足够内存时抛出
-
栈帧
栈帧时用于支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构，线程中执行某一个方法时，方法内部可能会调用其他的方法，每调用一个方法，都会为这个方法创建一个栈帧
- 可以这样理解，一个线程包含多个栈帧，每个栈帧内部包含局部变量表，操作数栈，动态连接，返回地址等
2.虚拟机栈结构.png
-
局部变量表
局部变量表是变量值的存储空间，我们调用方法时传递的参数，以及在方法内部创建的局部变量都保存在局部变量表中。
- 在Java文件编译成class文件时候，就会在方法的Code属性表中的max_locals数据项中，确定该方法需要分配的最大局部变量表的容器，代码如下
public static int add(int k) {
int a = 1;
int b = 2;
return k + a + b;
}
先使用javac 编译成.class文件，再使用javap -v 反编译得到字节码如下：
public static int add(int);
descriptor: (I)I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=3, args_size=1
0: iconst_1
1: istore_1
2: iconst_2
3: istore_2
4: iload_0
5: iload_1
6: iadd
7: iload_2
8: iadd
9: ireturn
LineNumberTable:
line 10: 0
line 11: 2
line 12: 4</pre>
-
上面反编译的locals就是代表局部变量表长度为3，也就是经过编译后，局部变量表的长度已经确定为3，分别保存：入参k和局部变量i,j
-
注意：系统不会为局部变量赋予初始值
-
操作数栈
操作数栈也被称为操作栈，是一个后入先出栈，用于局部变量表中数据进行计算的场所。
-
当一个方法刚刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈式空的，当方法执行的过程中，会有各种字节码指令被压入和弹出操作数栈
-
比如上面的 iadd指令就是将操作数栈中栈顶的两个元素弹出，执行加法运算，并将结果重新压入到操作数栈中
-
同局部变量表一样，操作数栈的最大深度也在编译的时候写入方法的Code属性表中的max_stacks数据项中。栈中的元素可以式任意java数据类型，包括long和double
-
-
动态连接
-
动态链接的主要目的是为了支持方法调用过程中的动态链接
-
在一个class文件中，一个方法要调用其他方法，需要将这些方法的符号引用转化为其所在内存地址中的直接引用，而符号引用存在于方法区中
-
-
返回地址
-
当一个方法开始执行后，只有两种方法可以退出这个方法：
-
正常退出：指方法中的代码正常完成，或者遇到任意一个方法返回的字节码指令（如return）并退出，没有抛出任何异常
-
异常退出：指方法执行过程中遇到异常，并且这个异常再方法体内部没有得到处理，导致方法退出
-
-
无论当前方法采用何种方式退出，在方法退出后都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。而虚拟机栈中的“返回地址”就是用来帮助当前方法恢复它的上层方法执行状态
-
一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数值可以作为返回地址，栈帧中可能保存此计数值。而方法异常退出时，返回地址是通过异常处理器表确定的，栈帧中一般不会保存此部分信息。
-
实例讲解
public int add1() {
int i = 1;
int j = 2;
int result = i + j;
return result + 10;
}
对应的字节码和解释：
public int add1();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=2, locals=4, args_size=1
0: iconst_1 （把常量 1 压入操作数栈栈顶）
1: istore_1 （把操作数栈栈顶元素出栈放入局部变量表索引为 1 的位置）
2: iconst_2 （把常量 2 压入操作数栈栈顶）
3: istore_2 （把操作数栈栈顶元素出栈放入局部变量表索引为 2 的位置）
4: iload_1 （把局部变量表索引为 1 的值放入操作数栈栈顶）
5: iload_2 （把局部变量表索引为 2 的值放入操作数栈栈顶）
6: iadd （将操作数栈出栈两个元素，进行加法运算后，结果放入栈顶）
7: istore_3 （把操作数栈栈顶元素出栈放入局部变量表索引为 3 的位置）
8: iload_3 （把局部变量表索引为 3 的值放入操作数栈栈顶）
9: bipush 10 （把常量 10 压入操作数栈栈顶）
11: iadd （将操作数栈出栈两个元素，进行加法运算后，结果放入栈顶）
12: ireturn （结束返回）
LineNumberTable:
line 16: 0
line 17: 2
line 18: 4
line 19: 8</pre>
-
从上面字节码指令可以看出，在代码执行期间，局部变量表和操作数栈式协同合作来完成某一运算效果的。
-
各指令意思
-
iconst和bipush：这两个指令都是将常量压入操作数栈顶，区别就是：当int取值-15采用iconst指令，取值-128127采用bipush指令
-
istote：将操作数栈顶的元素放入局部变量表的某索引位置，比如isote_5代表将操作数栈顶元素放入局部变量表下标为5的位置
-
iload表示将局部变量表中某下标的值加载到操作数栈顶中，比如iload_2代表将局部变量表索引为2上的值压入操作数栈顶。
-
iadd代表加法运算，具体式将操作数栈顶最上方的两个元素进行相加操作，然后将结果重新压入栈顶
-
3.本地方法栈
-
本地方法栈和虚拟机栈基本相同，只不过式针对本地（native）方法。在开发中如果涉及JNI调用可能会接触本地方法栈多一些。
-
在有些虚拟机中的实现中已经将两个合二为一了（比如HotSpot）。
4.堆
-
Java堆（Heap）是JVM所管理的内存中最大的一块，该区域唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象的实例都在堆内存分配。
-
因此他也是Java垃圾收集器（GC）管理的主要区域，有时候也叫做“GC堆”
-
同时他也是所有线程共享的内存区域，因此被分配在此区域的对象如果被多个线程访问的话，需要考虑线程安全问题
-
按照对象存储时间的不同，堆中内存可以划分为新生代和老年代，其中新生代又被划分为Eden和Survivor区
- 图中不同的区域存放具有不同生命周期的对象，这样可以根据不同区域使用不同的垃圾回收算法，提高垃圾回收效率
3.堆内存分配图.png
5.方法区
-
方法区是jvm规范里规定的一块运行时数据区
-
方法区主要是存储已经被jvm加载的类信息（版本，字段，方法，接口），常量，静态变量，即时编译器编译后的代码和数据
-
方法区数据区域同堆一样，也是被各个线程共享的内存区域
-
注意方法区于永久区的区别
-
方法区是规范层面的东西，规定了这一区域要存放那些数据
-
永久区或者是metaspace（元空间）是对方法区的不同实现，是实现层的东西
-
6.常见异常
-
StackOverflowError 栈溢出异常
-
OutOfMemoryError 内存溢出异常：大多发生在堆当中
总结
-
JVM的运行时内存结构中一共又两个“栈”和一个“堆”，分别是：Java虚拟机栈和本地方法栈，以及“GC堆”和方法区，还有一个程序计数器。
-
JVM内存中只有堆和方法区是线程共享的数据区域，其他区域都是线程私有的。
-
程序计数器是唯一一个在java虚拟机规范中没有归档任何OutOfMemoryError情况的区域
4.总结图-程序运行时内存分配.png
网友评论