JVM运行时数据区

JVM运行时数据区（Runtime Data Area）

运行时数据区是把所管理的内存划分为若干不同的数据区域。这区域各有各的用途以及生命周期（各司其职）。

运行时数据区域包含：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆内存、方法区。

• 程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈则依赖程序线程的启动和结束分别创建和销毁。（线程私有）
• 堆内存、方法区随着虚拟机的启动而一直存在。（线程共享）
  

1.程序计数器（Program Counter Register)

主要用于存储下一条指令的地址。

• 线程私有：每个线程的执行状态（位置/地址）不同
• 运行速度最快,内存小
• 不会（OutOfMemoryError）错误
• 生命周期与线程生命周期一致

问1：使用程序计数器存储字节码指令地址有什么作用？

为了记录不同线程执行的位置(状态)等

问2：为什么使用程序计数器记录当前线程的执行地址？

因为CPU中的线程需要不停的切换，所以就为下一次进入CPU做好记录，以便下次更快的找到之前执行的位置。

问3：程序计数器为什么被设定为私有的？

因为每一个线程在切换出CPU时所执行的位置不同。

2.Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks)

栈主要解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。

• 用于保存方法的局部变量、部分结果、并参与方法的调用和返回
• 线程请求深度大于允许的深度时报StackOverFlowError
• 线程私有且生命周期与线程一致

每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，在线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧，即对应着一次方法的调用（栈中的数据都以栈帧为单位存储）。

栈帧的内部结构

• 局部变量表（Local Variables）
  一组变量存储空间，用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量。
• 操作数栈（Operand Stack）
  用于对表达式求值。
• 动态链接（Dynamic Linking）
  指向运行时常量池的方法引用。
• 方法返回地址（Return Address）
  当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

问1：为什么是栈存储而不是寄存器存储？

基于栈的指令在设计和实现更为简单，适用于资源受限的系统。

• 优点：①不需要硬件支持，可移植性好，更好的实现跨平台②指令集小,编译器容易实现
• 缺点：性能低，完成相同操作需要更过的指令集

基于寄存器的指令在设计和实现完全依赖硬件。

• 优点：①性能好，执行效率高②完成操作使用的指令更少
• 缺点：可移植性差

综上所述，由于Java语言是夸平台语言所以Java指令集都是按照栈来设计的。

3.本地方法栈(Native Method Stack)

• 为虚拟机调用Native方法服务的。

问1：Java虚拟机栈和本地方法栈的异同点有哪些？

• 相同：都是线程私有的、都有内存溢出
• 区别：Java 虚拟机栈管理 java 方法的调用；而本地方法栈用于管理本地方法的调用，本地方法是用c语言写的。

4.堆内存（Heap）

堆内存主要是解决数据存储问题，“即数据怎么放,放在哪儿”，占用空间最大，用于存放实例对象。

• 启动时创建，大小可以固定也可以调节
• 内存空间可以不连续，但是逻辑上是连续的
• 线程共享
• 用于存储对象实例
• 堆是垃圾收集器执行垃圾回收的重点区域

堆内存区域划分

Java8后堆内存被分为：新生区和老年区
新生区又分为：Eden(伊甸园)和Survivor(幸存者)，伊甸园：幸存者0：幸存者1 = 8：1：1

问1：堆内存为什么要分区？

把不同生命周期的对象存储在不同区域，这样不同的区域可以使用不同的垃圾回收算法，从而提高垃圾回收的效率。

问2：垃圾回收算法有哪些，且之间有什么区别？

垃圾回收算法有按照回收区域分为：部分收集和整堆收集。

• 部分收集：新生区收集（Minor GC/Yong GC）只有新生区（Eden,S0,S1）的垃圾收集；老年区收集（Major GC/Old GC）只有老年区的垃圾收集。
• 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆内存和方法区的垃圾。

注：整堆收集出现的情况：System.gc()；老年区空间不足；方法区空间不足。

字符串常量池

• JDK7之前，字符串常量池在方法区中；在JDK8之后，将字符串常量池放在了堆空间中。
• 主要是因为方法区只有触发Full GC时才会回收垃圾。而程序中需要大量的使用字符串，放在堆空间可以及时回收无效的字符串常量。

5.方法区（Method Area）

用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

• 启动时创建，大小可以固定也可以调节
• 内存空间可以不连续，但是逻辑上是连续的
• 用于存储类信息，如果加载类太多，会导致内存溢出
• 线程共享

方法区是很重要的系统资源,是硬盘和 CPU 的中间桥梁,承载着操作系统和应用程序的实时运行。