Java内存区域

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若干个不同的数据区域，这些区域都有各自的用途。区域的划分如下：

Java虚拟机运行时数据区

一.Demo

接下来我将通过一段简短的代码来介绍java虚拟机是如何利用这些区域进行工作的，有了基本的概念之后在去了解各个区域的作用会好一点。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
    }   
}

上述源代码编译之后的class字节码如下,挑选了main方法的部分

public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: new           #3                  // class java/lang/Object
         3: dup
         4: invokespecial #8                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         7: astore_1
         8: return

其中code部分就是main方法中的代码编译之后的字节码，可以看到new一个Object对象，被解析为了5条字节码指令。java程序的运行过程也就是虚拟机对字节码指令的执行过程。在分析之前，先介绍一下字节码中的符号引用。

Constant pool:
   #1 = Class              #2             // blog/Test
   #2 = Utf8               blog/Test
   #3 = Class              #4             // java/lang/Object
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               <init>
   #6 = Utf8               ()V
   #7 = Utf8               Code
   #8 = Methodref          #3.#9          // java/lang/Object."<init>":()V

说明：字节码文件中的#3 、#8符号是对常量池中常量项的索引，“#3”是CONSTANT_Class_Info表的索引，表示的是类的全限定名。“#8” 是CONSTANT_Methodref_info表的索引，表示一个具体的方法。接下来，我们依次分析字节码指令。

"new #3"指令：java虚拟机在遇到new指令时，首先判断new指令要实例化的类，这里是Object类，判断Object是否已经进行过类加载，如果没有则首先会进行类加载。类加载的目的是为了将类中各种信息(有什么字段、有什么方法)存入方法区，常量池就是在方法区中的。生成的对象被存入堆中。
“dup”指令：复制栈顶数值并将复制值压入栈顶。java中每个方法的执行都会创建一个栈帧，用于存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。栈帧位于java虚拟机栈。通俗一点的话来说就是方法中需要的内存空间是在java虚拟机栈中分配的。
"invokespecial #8":invokespecial是执行方法的指令，这里调用Object的"<init>方法",<init>是编译器生成的实例构造器方法。
"astore_1":将栈顶引用型数值存入指定本地变量。这里的栈指的是虚拟机为执行main方法分配的栈。
"return":从当前方法返回void

另外程序计数器则存放当前线程执行的字节码指令的行号指示器。

总结：方法区中存放了类的基本信息，包括各个方法中执行的具体代码。堆则存放了具体的对象。堆中的对象类似与c语言中的结构体，对象中存放的是各字段。java虚拟机栈用于方法执行，方法之间的调用，返回则对应的是虚拟机栈的入栈，出栈。程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。

QA:这里有小伙伴可能要提出疑问了，如果堆中存放的是字段，那么通过对象调用方法又是如何实现的呢。堆中的对象，除了存放字段之后，还保存了对象头，对象头中保存了指向方法区的索引，用来判断该对象是属于哪个类的，知道了哪个类，而方法区又存放了类中的各种信息，那就方法调用就能实现了。

二. 运行时数据区域

2.1 程序计数器

程序计数器：是一块较小的内存空间，可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指示器。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一条需要执行的字节码指令。

每条线程拥有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

2.2 java虚拟机栈

java虚拟机栈：也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是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。栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表：用于存放方法参数和方法内的局部变量
操作数栈：存储用于运算的操作数

2.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，只不过本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

2.4 java堆

java堆：用于存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。java堆是垃圾收集器管理的主要区域。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法在扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.5 方法区

方法区：:方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经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。

运行时常量池：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，用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后存放在方法区的运行时常量池。