案例解说JVM内存空间（建议收藏）

田维常

发布于 2022-11-25 14:43:43

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发布于 2022-11-25 14:43:43

文章被收录于专栏：Java后端技术栈cwnaitJava后端技术栈cwnait

你好，我是田哥

今天，跟大家一起聊聊关于JVM内存空间的话题，这也是一线互联网大厂面试中经常被问及的问题，建议小伙伴们收藏后经常拿出来翻阅，重在理解。好了，不多说了，开始今天的正题。

JVM会把内存划分成不同的数据区域，那加载的类是分配到哪里呢？

下图是内存的各个区域，包括：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

方法区

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。类的加载中提到了类加载的五个阶段。在加载阶段，会将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，在准备阶段，会将变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

程序计数器

来一个简单的代码，计算(1+2)*3并返回

public int cal() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = 3;
    return (a + b) * c;
}

这段代码在加载到虚拟机的时候，就变成了以下的字节码，虚拟机执行的时候，就会一行行执行。

java是多线程的，在线程切换回来后，它需要知道原先的执行位置在哪里。用来记录这个执行位置的，就是程序计数器，为了保证线程间的计数器相互不影响，这个内存区域是线程私有的。

虚拟机栈

虚拟机栈也是线程私有的，生命周期与线程相同。每个线程都有自己的虚拟机栈，如果这个线程执行了一个方法，就会创建一个栈帧，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。比如下面的例子，fun1调用fun2，fun2调用fun3，fun3创建Hello对象。

public void fun1() {
    fun2();
}

public void fun2() {
    fun3();
}

public void fun3() {
    Hello hello = new Hello();
}

调用的时候，流程图如下：

执行完成的时候，流程图如下：

每一个栈帧都包括了局部变量表、操作数栈、动态连接、方法返回地址和一些额外的附加信息。局部变量主要是存放方法参数以及方法内部定义的局部变量，操作数栈是一个后入先出栈，当方法刚刚开始执行的时候，这个方法的操作数栈是空的，在方法的执行过程中，会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容，也就是出栈/入栈操作。

我们通过上面(1+2)*3的例子，把方法区、程序计数器、虚拟机栈的协同工作理一下。首先通过javap查看它的字节码，经过类加载器加载后，此时这个字节码存在方法区中。stack表示栈深度是2，locals是本地变量的slot个数，args_size是入参的个数，默认是this。栈的深度、本地变量个数，入参个数，都是在编译器决定的。

如下图，指令的位置是方法区，局部变量和操作数栈的位置是虚拟机栈，程序计数器就在程序计数器（这个下面的图就不再重复）。当执行偏地址为0的指令的时候，程序计数器为0，局部变量第一个值是this，当前的指令就是方法区0:iconst_1,指令iconst_1就是把int常量值1进栈，这个1就到了虚拟机栈的操作数栈中。

当执行偏地址为1的指令的时候，程序计数器为1，把操作数栈的值赋值到局部变量，此时操作数栈清空了，局部变量多了一个1，这条指令执行完，就是对应上面int a=1的语句。

另外b，c两个语句的赋值，对应着2，3，4，5指令，这边不再重复。执行完5后，如下图所示：

执行6的时候，是执行iload_1，就是把第二个int型局部变量压入栈顶，这里的变量是1。

执行7的时候，是执行iload_2，就是把第三个int型局部变量压入栈顶，这里的变量是2。

执行8的时候，是iadd语句，指的是栈顶的两个int型元素出栈，得到结果后再压入栈顶。

执行9的时候，把栈顶的元素3，赋值到第五个局部变量。

执行到11的时候，把第五个局部变量值压入栈顶，执行到13的时候，把第四个局部变量值压入栈顶，执行14的时候，栈顶的两个int型元素出栈，相乘后的结果入栈，执行15的时候，从当前方法返回当前栈顶int型元素。这些与上面的相加差不多，就不再赘述了。

堆

堆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。比如上面的fun1调用fun2，fun2调用fun3，fun3创建Hello对象。fun3方法中创建对象时，就是在堆中创建的，并且把地址赋值给fun3的局部变量。Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；新生代还细分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

总结

整体流程如下，先把java文件编译成class文件，通过类加载器加载到方法区。线程调用方法的时候，会创建一个栈帧，读取方法区的字节码执行指令，执行指令的时候，会把执行的位置记录在程序计数器中，如果创建对象，会在堆内存中创建，方法执行完，这个栈帧就会出栈。