JVM运行时数据区

1.概述

内存是非常重要的系统资源，是硬盘和CPU 的中间仓库及桥梁承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。

下图是经典的JVM内存布局

下图是ali的布局图

Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁

灰色的为单独线程私有的，红色的为多个线程共享的。即:

• 每个线程:独立包括程序计数器、栈、本地栈。

• 线程间共享:堆、堆外内存(永久代或元空间、代码缓存)

每个JVM只有一个Runtime实例。即为运行时环境，相当于内存结构的中间的那个框框:运行时环境。

1.1程序计数器

　　程序计数器也叫pc寄存器 可以看作是当前线程所执行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下一条要执行的字节码指令。需要注意的是，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，这样在程序多线程执行时才不会出错。

1.2虚拟机栈

　　与程序计数器一样，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，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

　　经常有人把Java内存区分成堆内存和栈内存，这是一种很粗糙的分法，其中栈内存就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。局部变量表存放了编译器克制的各种基本数据类型（如boolean、char等）、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）。

　　局部变量表所需的内存空间在编译器间完成分配，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是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

1.3本地方法栈

　　它的作用和虚拟机栈十分相似，不同在于，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。有的虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

1.4堆

　　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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存（所有的对象实例以及数组都要在堆上分配内存）。

　　堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候也被称为GC堆。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。

1.5方法区

　　方法区也是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。运行时常量池也是方法区的一部分。

2.线程

• 线程是一个程序里的运行单元。JVM允许一个应用有多个执行。
• 线程并行的
• 在Hotspot JVM里，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。当一个Java线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java线程执行终止后，本地线程也会回收。
• 操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功，它就会调用Java线程中的run()方法。

2.1JVM系统线程

这些主要的后台系统线程在Hotspot JVM里主要是以下几个:

• 虚拟机线程:这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点，这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括”stop-the-world”的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销。
• 周期任务线程:这种线程是时间周期事件的体现(比如中断)，他们一般用于周期性操作的调度执行。
• GC线程:这种线程对在JVM里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。
• 编译线程:这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码。
• 信号调度线程:这种线程接收信号并发送给JVM，在它内部通过调用适当的方法进行处理。

本文并未详细介绍运行时数据区的每个区域，由于内容过多，下文逐个介绍每个区域的功能以及作用