01_java虚拟机基础入门

【Java虚拟机的基本结构】

[ 1.类加载子系统 ]

负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的信息存放在一块称之为方法区的内存空间。

[ 2.方法区 ]

存放类信息、常量信息、常量池信息，包括字符串字面量和数字常量。

[ 3.Java堆 ]

在Java虚拟机启动的时候建立Java堆，它是Java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放在Java堆中，堆空间是所有线程共享的。

[ 4.直接内存 ]

Java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而提高性能，通常直接内存速度会优于java堆。读写频繁的场合可能会考虑使用。

[ 5.Java栈 ]

每个Java虚拟机线程都会有一个私有的栈，一个线程的Java栈在线程创建的时候被创建，Java栈中保存着局部变量、方法参数、同时Java的方法的调用、返回值等。

[ 6.本地方法栈 ]

本地方法栈和java栈非常类似，最大的不同为本地方法栈用于本地方法调用。java虚拟机允许Java直接调用本地方法（通常使用C编写）。

[ 7.垃圾收集系统 ]

垃圾收集系统是java的核心，也是必不可少的，java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手动清理。（详情见后面）

[ 8.PC寄存器 ]

PC（Program Counter）寄存器也是每个线程私有的空间，Java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令。如果是本地方法，则PC寄存器值为undefined，寄存器存放如：当前执行环境指针、程序计数器、操作栈指针、计算的变量指针等信息。

[ 9.执行引擎 ]

执行引擎是虚拟机最核心的组件，它负责执行虚拟机的字节码，一般用户先进行编译成机器码然后执行。

【堆中存什么？栈中存什么？】

堆中存的是对象。

栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。

在Java中一个线程就会有相应一个线程栈与之对应，因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈。

堆则是所有线程共享的。

栈因为是运行单元，所以里面存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关的信息，包括局部变量、程序运行状态、方法返回值，而堆只负责存储对象信息。

【为什么不把基本类型也放在堆中呢？】

因为基本类型占用的空间一般是1~8个字节，需要的空间比较少，而且因为是基本类型，不会出现动态增长的情况（长度固定）。

【堆、栈、方法区的概念和联系】

[ 堆 ]

堆解决的问题是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪儿。

[ 栈 ]

栈解决的问题是程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。

[ 方法区 ]

方法区是辅助堆栈的永久区（Perm），解决堆栈信息的产生，是先决条件。

[ 例子理解 ]

创建一个新的对象User：那么User类的一些信息（类信息、静态信息）都存在于方法区中，

而User对象被实例化出来之后，被存储到Java堆中，一块内存空间。

当我们去使用的时候，都是使用User对象的引用（ 比如User u1 = new User(); ）

这里的User就是存放在Java栈中的，即User真实对象的一个引用。

【Java堆】

Java堆是和Java应用程序关系最密切的内存空间，几乎所有的对象都存在其中，并且Java堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会被自动清理，不需要显示地释放。

根据垃圾回收机制的不同，Java堆有可能拥有不同的结构。最为常见的就是将整个Java堆分为新生代和老年代。

其中新生代存放新生的对象，老年代则存放老年对象。

新生代分为eden区、s0区、s1区。

s0和s1区也被称为from区和to区，它们是两块大小相同并且可以互换角色的空间。

绝大多数情况下，对象首先会被分配在eden区，再一次新生代回收后，如果对象还活着，则会进入s0或s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1，当对象达到一定的年龄后，则进入老年代。

【Java栈】

Java栈是一块线程私有的内存空间，一个栈，一般由三部分组成：局部变量、操作数栈、帧数据区。

[ 局部变量表 ]

保存报错方法的参数及局部变量。

[ 操作数栈 ]

保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。

[ 帧数据区 ]

除了局部变量表和操作数栈以外，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里帧数据区保存着常量池的指针，方便程序访问常量池，另外，当方法返回或者出现异常时，虚拟机必须有一个异常处理表，方便发送异常的时候找到异常的代码。因此异常处理表也是帧数据区的一部分。

【Java方法区】

Java方法区和堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域，它保存着系统的类信息，比如类的字段、方法、常量池等。

方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误。方法区可以理解为永久区（Perm）。