读书笔记（一）——JVM内存模型分析

初读《深入理解Java虚拟机》 一书，顺带写下读书笔记，方便后面回顾！

下面先简单介绍下jvm的各个内存区域，以及他们的作用和服务对象及其可能产生的问题：



jvm所管理的运行时数据区大概包括上面几部分，其中左边部分的  方法区（Method area）和堆（heap）是所有线程共享的数据区，而右边部分的 虚拟机栈（VM stack）、本地方发栈（native method stack）及程序计数器（program counter register） 是线程隔离的（就是线程私有的意思）。

下面分开讲述他们的不同级特点：

 1、Program counter register：

它是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型中，字节码解释器工作时就是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。（就像cpu模型里面那个程序计数器一样，存放下一条要执行的指令的地址）

根据它的定义也能够看出来为什么要将它归为 线程私有， 因为jvm是多线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来是实现的，所以每个线程都要记录下它要执行的下一条指令的地址，这样才能保证 线程切换后下一次该线程可以恢复到正确的位置开始执行。因此 每个线程都需要一个独立的程序计数器。

如果线程正在执行的是一个java方法，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（native method的解释，请看这里：http://blog.csdn.net/wike163/article/details/6635321），这个计数器则为空（Undefined）。这也是唯一一个在jvm规范中没有规定任何的OutOfMemoryError情况的区域。

2、Java VM stack：

它也是线程私有的，它的生命周期和线程是一样的。

VM stack 描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直接执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

经常说的java内存区域分为堆内存和栈内存，这是比较粗糙的说法 ，其中的栈内存就指的是VM stack，或者说是VM stack 中的局部变量表部分。

局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double)、对象引用（reference类型，他不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。其中64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot），其余的数据结构只占用1个。局部变量表所需要的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中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的大小。

jvm规范中，这个区域有两种异常状况：A、如果线程请求的栈深度大于jvm所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；B、如果虚拟机栈是可动态扩展的，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

3、Native Method Stack：

本地方法栈和虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，他们的不同之处就在于虚拟机栈是为虚拟机执行java方法服务，而Native method stack是为了虚拟机使用到的Native方法服务。所以，本地方法栈和虚拟机栈一样，也会抛出相应的StackOverflowError和OutOfMemotyError。

4、Java Heap：

对于大多数应用来说，Heap是jvm所管理的内存中最大的一块。java heap是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域唯一的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。jvm规范中的原文如下：the heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays
is allocated.

heap 是垃圾收集器管理的主要区域，因此也可称为“GC堆（Garbage Collected Heap）”。heap从不同的角度可以划分为多个区域，不过不管怎么划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储对象都仍然是对象实例，进一步划分的目的不过是为了更加方便的管理内存。根据jvm的规范的规定，heap可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。
当前主流的虚拟机都按照可扩展来实现（也可以是固定大小的）。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

5、Method Area：

方法区和堆一样，都是线程共享的内存区域。他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（就像我们常用的静态变量，以及常量池都是在这个区域中）。

方法区无法满足内存分配需求时，会抛出OutOfMemoryError异常。

运行时常量池：

运行时常量池（Runtime Constant Pool）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（Constant Pool Table），用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载完成后进入方法区的运行时常量池中存放。

一般来说，除了保存Class文件中的描述的符号引用外，还会把编译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征就是具备动态性，java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特征被开发人员利用的比较多的便是String类的intern（）方法。
因为运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池中无法再申请到新的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。