前言

现在Android面试中也经常问到关于各种模型之类的理论问题，有些同学没了解过得容易一头雾水，而且对于基于java语言开发的android系统来说，安卓开发者了解java虚拟机内存模型是十分必要的，本文旨在使用简洁易懂的语言阐明其中的原理，可以深入浅出的记住理论知识，到时就可以轻松应对这类问题。

一、JVM内存结构

我们都知道，Java代码是要运行在虚拟机上的，而虚拟机在执行Java程序的过程中会把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。其中有些区域随着虚拟机进程的启动而存在，而有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。JVM运行时内存区域结构如下：

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（1）Java堆

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被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实例对象。
Java堆是垃圾回收管理的主要区域，因此也有“GC堆”的叫法。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆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。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。

（2）方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，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。
方法区不需要连续的内存，可以选择固定大小或者可扩展，还可以选择不实现垃圾收集。方法区的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和对类型的卸载。
当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

（3）程序计数器

程序计数器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行号指示器。由于Java虚拟机的多线程是通过线程切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的实可，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们成这类内存区域为“线程私有内存”。

程序计数器是在java虚拟机规范中唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

（4）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。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应这一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。
虚拟机栈中的局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（double，boolean，byte，char，short，int、long，float）、对象引用以及returnAddress类型。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间时完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

1. 如果线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常；
2. 如果虚拟机可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

（5）本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈的作用非常相似，虚拟机栈为执行java方法服务，本地方法栈为虚拟机中使用到的Native方法服务。在有的虚拟机中，比如Sun HotSpot虚拟机，直接把本地方法栈与虚拟机栈合二为一。
本地方法栈区域会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

（6）运行时常量池

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，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池。当常量池无法再申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。

二、Java内存模型

在前面的关于JVM的内存结构的图中，我们可以看到，其中Java堆和方法区的区域是多个线程共享的数据区域。也就是说，多个线程可能可以操作保存在堆或者方法区中的同一个数据。这也就是我们常说的“Java的线程间通过共享内存进行通信”。

Java内存模型是根据英文Java Memory Model（JMM）翻译过来的。其实JMM并不像JVM内存结构一样是真实存在的。他只是一个抽象的概念。中描述了，JMM是和多线程相关的，他描述了一组规则或规范，这个规范定义了一个线程对共享变量的写入时对另一个线程是可见的。

那么，简单总结下，Java的多线程之间是通过共享内存进行通信的，而由于采用共享内存进行通信，在通信过程中会存在一系列如可见性、原子性、顺序性等问题，而JMM就是围绕着多线程通信以及与其相关的一系列特性而建立的模型。JMM定义了一些语法集，这些语法集映射到Java语言中就是volatile、synchronized等关键字，那么这里提个小问题，多线程安全实现方式有哪些呢？

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三、Java对象模型

Java是一种面向对象的语言，而Java对象在JVM中的存储也是有一定的结构的。而这个关于Java对象自身的存储模型称之为Java对象模型。

每一个Java类，在被JVM加载的时候，JVM会给这个类创建一个instanceKlass，保存在方法区，用来在JVM层表示该Java类。当我们在Java代码中，使用new创建一个对象的时候，JVM会创建一个instanceOopDesc对象，这个对象中包含了对象头以及实例数据

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java类保存在方法区，新建的对象保存在java堆区，而对象头指向方法区的java类。这就是一个简单的Java对象模型。

四、总结

JVM内存模型，和Java虚拟机的运行时区域有关。 Java内存模型，和Java的并发编程有关。 Java对象模型，和Java对象在虚拟机中的表现形式有关。