JVM系列——运行时数据区

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官网地址：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html

摘要：

对运行时数据区的介绍是：

The Java Virtual Machine defines various run-time data areas that are used during execution of a program. Some of these data areas are created on Java Virtual Machine start-up and are destroyed only when the Java Virtual Machine exits. Other data areas are per thread. Per-thread data areas are created when a thread is created and destroyed when the thread exits.

具体说一说一下每个区域：

Method Area(方法区)

方法区是各个线程共享的内存区域，在虚拟机启动时创建。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。

The Java Virtual Machine defines various run-time data areas that are usedduring execution of a program. Some of these data areas are created on JavaVirtual Machine start-up and are destroyed only when the Java Virtual Machineexits. Other data areas are per thread. Per-thread data areas are created when athread is created and destroyed when the thread exits.

虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却又一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的是与Java堆区分开来。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常，也就所谓的OOM。

此时回看装载阶段中将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。如果这时候把从Class文件到装载的第(1)和(2)步合并起来理解的话，可以画个图

强调两点：

• 方法区在JDK 8中就是Metaspace，在JDK6或7中就是Perm Space
• Run-Time Constant Pool

Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，用于存放编译时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中存放。

官方话：

Each run-time constant pool is allocated from the Java Virtual Machine's methodarea (§2.5.4).s

堆heap

JVM堆是Java虚拟机所管理内存中最大的一块，在虚拟机启动时创建，被所有线程共享。Java对象实例以及数组都在堆上分配。

官方话：

The Java Virtual Machine has a heap that is shared among all Java Virtual Machine threads. The heap is the run-time data area from which memory for all class instances and arrays is allocated.

此时回看装载阶段中，会在JVM堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。

虚拟机栈Java Virtual Machine Stacks

经过上面的分析，类加载机制的装载过程已经完成，后续的链接，初始化也会相应的生效。假如目前的阶段是初始化完成了，后续做啥呢？肯定是Use使用咯，不用的话这样折腾来折腾去有什么意义？那怎样才能被使用到？换句话说里面内容怎样才能被执行？比如通过主函数main调用其他方法，这种方式实际上是main线程执行之后调用的方法，即要想使用里面的各种内容，得要以线程为单位，执行相应的方法才行。那一个线程执行的状态如何维护？一个线程可以执行多少个方法？这样的关系怎么维护呢？

虚拟机栈是一个线程执行的区域，保存着一个线程中方法的调用状态。换句话说，一个Java线程的运行状态，由一个虚拟机栈来保存，所以虚拟机栈肯定是线程私有的，独有的，随着线程的创建而创建。每一个被线程执行的方法，为该栈中的栈帧，即每个方法对应一个栈帧。调用一个方法，就会向栈中压入一个栈帧；一个方法调用完成，就会把该栈帧从栈中弹出。

程序计数器The PC Register

我们都知道一个JVM进程中有多个线程在执行，而线程中的内容是否能够拥有执行权，是根据CPU调度来的。假如线程A正在执行到某个地方，突然失去了CPU的执行权，切换到线程B了，然后当线程A再获得CPU执行权的时候，怎么能继续执行呢？这就是需要在线程中维护一个变量，记录线程执行到的位置。

程序计数器占用的内存空间很小，由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换，并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任意时刻，一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程需要有一个独立的程序计数器(线程私有)。如果线程正在执行Java方法，则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，则这个计数器为空。

官方话：

The Java Virtual Machine can support many threads of execution at once (JLS §17). Each Java Virtual Machine thread has its own pc (program counter) register. At any point, each Java Virtual Machine thread is executing the code of a single method, namely the current method (§2.6) for that thread. If that method is not native, the pc register contains the address of the Java Virtual Machine instruction currently being executed. If the method currently being executed by the thread is native, the value of the Java Virtual Machine's pc register is undefined. The Java Virtual Machine's pc register is wide enough to hold a returnAddress or a native pointer on the specific platform.

本地方法栈 Native Method Stacks

如果当前线程执行的方法是Native类型的，这些方法就会在本地方法栈中执行。

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