26.JVM之内存结构介绍

0x00 前言

经过上篇的AQS队列同步器的分析，并发编程这块算是暂告一段落，或许之后还会发表一些未研究过的并发编程知识，如：大名鼎鼎的disruptor框架、fork/join框架等，不过这都是后话了。
接下来这几篇都是讲JVM的，都是简单的一些知识(JVM内存结构、垃圾收集算法、垃圾收集器、JVM参数配置等)，没什么深度和难度,大多数是一些概念。
你可以这样理解，后面几篇都是水。(๑╹ヮ╹๑)ﾉ Studying makes me happy
下面让我开始水第一篇。
哦，对了。这里的JVM是jdk1.8之前的~~

0x01 JVM内存结构

1. JVM内存总览图
   
   如上图所见，JVM运行时数据区分为：

   • 方法区
   • 堆
   • 虚拟机栈
   • 本地方法栈
   • 程序计数器
     接下来我们一个一个的说把。哦，对了，在说之前，先聊下什么是线程共享，什么是非线程共享(线程私有)

2. 什么是线程共享？什么又是非线程共享

   • 线程共享
     • 生命周期与java程序运行的生命周期相同，也就是说在Java程序运行时创建，在Java程序结束时销毁，贯穿整个Java生命周期，期间的数据存放也不分线程。
   • 非线程共享
     • 和线程共享相对的就是非线程共享了。非线程共享，与线程的生命周期相同，每个线程创建时都会创建对应的区域。当线程结束时，该区域就会被回收。

3. 方法区

   • 首先，方法区是所有线程共享的一个区域。其次方法区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。
   • jdk1.8之前，HotSpot虚拟机(oracle)对该区的实现为“永久代(PermGen space)”，1.8后改为元空间(Metaspace)。
   • 根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

4. 堆

   • 和方法区一样，也是线程共享的区域。对于大多数应用来说，堆空间占JVM空间的大部分。几乎所有创建对象的实例都会被分配到该区域，也就是所有通过new出来的对象，都会出现在这里，所以该区域，也是垃圾收集器重点照顾的对象，关于堆空间内存的划分，将会在垃圾回收算法讲解中说到。
   • 根据Java虚拟机规范的规定，当堆区没有空间完成对象实例的分配，将抛出OutOfMemoryError异常。

5. 虚拟机栈

   • 虚拟机栈，即我们常说的栈，是虚拟机栈中局部变量表部分。是非线程共享的区域(线程私有)，也就是说，每个线程会独立拥有一个虚拟机栈。
   • 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，它不等同于对象本身，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（指向了一条字节码指令的地址）。
   • 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（Stack Frame）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，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
   • Java虚拟机规范中，虚拟机栈会出现2种异常情况。即
     • StackOverflowError
       • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常
     • OutOfMemoryError
       • 如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

6. 本地方法栈

   • 本地方法栈和虚拟机栈的作用是相似的，同样是线程私有的。它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
   • 与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

7. 程序计数器

   • 程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，即当前执行到了第几行字节码。
   • 每个线程都有自己的一个程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。这也就是说，该区域是线程私有的。如果执行的是native方法，那么程序计数器值为空（undefined）
   • 此区域，是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的区域。

0x02 总结

这一篇，貌似没什么可以总结的。就是水的有点不好意思。哈哈~~

参考资料：
深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践