java架构之道-JVM内存模型

整体介绍

每当我们去面试时，面试官经常会问jvm相关的问题，谈到JVM，首先不得不说jvm内存模型，今天就来深度剖析一下它，jvm内存模型的结构图如下：

对于jvm内存模型为何要如此设计，下面给你解释一下java程序的运行过程你就明白了：

所谓JVM内存模型实际上的意思是java运行时数据区域，它整个过程就是当程序要执行某一段代码时，类加载器加载我们的class字节码文件，把读取的信息翻译成类信息存放到我们的方法区，同时在堆中生成该类的Class对象，当我们程序运行调用方法时，局部变量、对象引用、数组引用会在虚拟机栈中生成，如果在方法调用中需要new对象，则会在堆中根据Class信息生成对象，最后由我们的字节码执行引擎解释执行方法区的代码块，就完成了我们的代码执行。当然这个过程中，涉及到线程的切换，这时程序计数器就派上用场了，它会记录当前线程执行到哪一行代码，下次该线程再次获取cpu执行权时，继续从该行代码继续执行，最后本地方法栈和虚拟机栈的功能几乎一模一样，只不过它是执行的native本地方法，底层是调用的C或C++代码。

这段话其实就是JVM内存模型的整个执行流程，有点干，没事，我后面会做详细分析，读者只需要大概读一下有个整体印象就行，等我分析完了你再回头来看就会豁然开朗！

注意我会从各个区域使用到的先后顺序来分析，以便读者能够把它们串联起来

各个区域详解

方法区

方法区是存放从class文件加载出来的类信息的，包括常量、静态变量、类信息和运行时常量池。这里有个注意点必须给大家提醒一下，那就是该区域并不会存放Class对象，Class对象是存放在堆中的，方法区存放的类信息是一些代码片段（类似于C语言中的结构体），供我们程序调用时字节码执行引擎解释执行的。

对于方法区在JDK8以前的实现是永久代，之后是元空间，这个网上一搜一大把，我就不多废话了。

虚拟机栈

虚拟机栈是我们进行方法调用的地方，每当一个线程执行代码时，jvm就会为该线程开辟一个私有的栈空间，以下面的代码为例：

 public class Math {
     public static void main(String[] args) {
         int a = 8;
         add(a);
         System.out.println(a);
     }
 
     public static int add(int a){
         a = a++;
         return a;
     }
 }

你知道输出结果是多少吗？我相信不是回答8就是回答9，那么事实是什么呢？且听我慢慢分析

代码执行时栈的结构如下：

在java程序执行时，每调用一次方法，都会创建一个栈帧，栈帧的结构包括局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口，main方法执行时会创建一个栈帧，然后main方法调用add方法创建另外一个栈帧，那么add方法在执行时底层结构是什么样的呢？这时我们需要用javap -c命令反编译我们的Math.class文件，结果如下：

我们来对照着代码逐一分析这几句字节码指令：

iload_0：加载局部变量表中a的值(为8)到操作数栈，注意这时还没有进行++操作，所以此时操作数栈中a的值为8

iinc：对局部变量表中a进行++操作，所以局部变量表中的a值变为9

istore_0：将操作数中的a值赋给局部变量表中的a值，所以此时局部变量表中的a值又变为8

所以最后的答案是8

至于动态链接和方法返回出口有不懂的可以百度一下，网上很多资料，就不再累述了。

java堆

这个区域是java程序员可以控制最多的地方，我们系统新建的对象大部分都在这里分配内存空间，堆的结构如下：

堆由老年代和新生代组成，新建的对象一般都是在存放在Eden区，当Eden区不够用时，就会就行Minior GC，回收垃圾对象释放内存空间，当垃圾回收后任然存活的对象就会放到S0和S1其中一块区域，当再次发生Minior GC时，会把Eden区和有对象的S区中的存活对象移动到另外一块空的S区，这时先前有对象的S区又变成空的S区，所以S0和S1是相互转化的，当S区对象达到一定的阈值时，新生代的对象就会向老年代转移，当老年代的对象达到一定阈值时，就会触发Full GC

本地方法栈

和虚拟机栈的功能几乎一模一样，由于底层是C或C++实现的，我在这里就不过多介绍了（其实是不会）。

程序计数器

用于记录线程执行到哪一行代码，还记得我们上面反编译后得到的字节码指令吗？读者可以认为是字节码中每行指令前面的行号，也就是地址：

各个区域配置参数

各个区域参数配置图中已标好，记不住时读者可以来这里翻阅查找，我想说的一点是你们知道为啥是-X来设置参数吗？而有些时候却要用-D来设置参数，没错，-X表示参数的调用解析方是C或C++代码，-D表示参数的调用解析方是java代码。

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