Java虚拟机原理（一）

Java虚拟机内存模型

Java虚拟机模型是Java程序运行的基础。为了能使程序正常运行，JVM将内存数据分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java堆和方法区等部分，如下图所示。

JVM内存模型

现将各部分具体介绍如下：

1.程序计数器

程序计数器（Program Counter Register）是一块很小的内存空间，用于存放下一条要运行的指令。由于Java是线程级别的语言，当线程数量超过CPU数量时，线程之间根据时间片轮询抢占CPU资源。对于单核CPU来说，每一个时刻只能有一个线程在运行，其他线程必须被切换出去。为此，每个线程必须用一个独立的程序计数器记录下一条将要运行的指令。各个线程之间的程序计数器独立工作、互不影响，是一块线程私有的内存空间。 如果当前线程正在执行一个Java方法，则程序计数器记录正在执行的Java字节码地址；如果正在执行一个native方法，则程序计数器为空。

2.Java虚拟机栈

Java虚拟机栈用于存放Java函数调用的堆栈信息，它也是线程私有的内存空间。Java虚拟机栈和Java线程同时创建，保存方法的局部变量和部分结果，并参与方法的调用和返回。 JVM规范允许Java栈的大小是动态的或者固定的。在JVM规范中定义了两种与栈空间相关的异常：StackOverflowError和OutOfMemoryError。如果线程在计算过程中，请求栈的深度大于最大可用栈深度，则抛出StackOverflowError；如果Java栈可以动态扩展，而在扩展栈的过程中没有足够的空间支持，则抛出OutOfMemoryError。

3.本地方法栈

本地方法栈和Java虚拟机栈的功能相似，Java虚拟机栈用于管理Java函数的调用，而本地方法栈用于管理native方法的调用。本地方法栈不是采用Java实现的，而是用C实现的。在SUN的Hot Spot中并不区分本地方法栈和虚拟机栈。 和Java虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

4.Java堆

Java堆是Java运行时内存中最为重要的部分，几乎所有的对象和数组都是在堆中分配空间的。Java堆被所有的线程共享。 Java堆分为Young代和Old代两个部分。Young代用于存放刚刚创建的对象和年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存期足够长，则会被作为老年对象进入Old代。 Young代又进一步分为Eden、Survivor0和Survivor1三个区域。Eden意义为伊甸园，大部分刚刚创建的对象都保存在此区域。S0和S1为Survivor区域，表示幸存者，即其中的对象至少经历过一次垃圾回收且保留了下来。如果Survivor的的对象到了指定年龄(默认为15)仍未被回收，则有机会进入Old代。 关于Java堆的具体内容将在下一节详细阐述。

5.方法区

方法区也是JVM内存中非常重要的一块区域，主要用于保存常量和类的定义信息。与Java堆类似，方法区也被所有线程共享。 方法区中最为重要信息有：类的类型信息、常量池、域信息、方法信息等。这些信息大部分来自class字节码文件，是Java程序运行必不可少的重要数据。 在Hot Spot中，方法区也被称为永久区。虽然被称为永久区，但是也是可以被GC回收的。关于具体的垃圾回收机制，将在后文介绍。

总结

Java虚拟机将内存数据主要分为五个部分，包括：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、Java堆和方法区。程序计数器用于保存下一条将要被执行的指令；Java虚拟机栈和本地方法栈分别存放Java方法和native方法的调用信息；Java堆保存的程序运行时所需的对象等数据；而方法区主要用于存放类的元数据信息。 其中，程序计数器、Java虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的， 各个线程独立工作互不影响；而Java堆和方法区则被JVM中的所有线程共享。