JVM作為運(yùn)行Java程序的平臺(tái)动猬，我們Java程序員必須要去了解它虏束。JVM 能涉及非常龐大的一塊知識(shí)體系棉饶， 比如內(nèi)存結(jié)構(gòu)、 垃圾回收镇匀、 類加載照藻、 性能調(diào)優(yōu)、 JVM 自身優(yōu)化技術(shù)汗侵、 執(zhí)行引擎幸缕、 類文件結(jié)構(gòu)群发、 監(jiān)控工具等。但是在所有的知識(shí)體系中发乔， 都或多或少跟內(nèi)存結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系：比如垃圾回收回收的就是內(nèi)存熟妓、 類加載加載到的地方也是內(nèi)存、 性能優(yōu)化也涉及到內(nèi)存優(yōu)化栏尚、 執(zhí)行引擎與內(nèi)存密不可分起愈、 類文件結(jié)構(gòu)與內(nèi)存的設(shè)計(jì)有關(guān)系， 監(jiān)控工具也會(huì)監(jiān)控內(nèi)存译仗。 所以內(nèi)存結(jié)構(gòu)處于 JVM 中核心位置抬虽。 也是屬于我們?nèi)腴T JVM 學(xué)習(xí)的最好的選擇。同時(shí) JVM 是一個(gè)虛擬化的操作系統(tǒng)纵菌， 所以除了要虛擬指令之外阐污， 最重要的一個(gè)事情就是需要虛擬化內(nèi)存， 這個(gè)虛擬化內(nèi)存就是我們馬上要講到的 JVM 的內(nèi)存區(qū)域咱圆。
JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)可以分為五個(gè)模塊加上一個(gè)直接內(nèi)存笛辟。其中這些模塊又可以分為兩個(gè)大類，線程共享區(qū)域和線程私有區(qū)域序苏。
線程共享區(qū)域：
- 堆內(nèi)存：JVM 上最大的內(nèi)存區(qū)域隘膘， 我們申請(qǐng)的幾乎所有的對(duì)象， 都是在這里存儲(chǔ)的杠览。
- 方法區(qū)：JVM的邏輯劃分弯菊，不同版本有不同實(shí)現(xiàn)。主要是用來(lái)存放已被虛擬機(jī)加載的類相關(guān)信息踱阿， 包括類信息管钳、 靜態(tài)變量、 常量软舌、 運(yùn)行時(shí)常量池才漆、 字符串常量池等。
線程私有區(qū)域：
- 虛擬機(jī)棧：JVM 運(yùn)行過(guò)程中存儲(chǔ)當(dāng)前線程運(yùn)行方法所需的數(shù)據(jù)佛点， 指令醇滥、 返回地址。
- 本地方法棧：Java程序調(diào)用底層C/C++函數(shù)庫(kù)超营。
- 程序計(jì)數(shù)器：當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器鸳玩。
直接內(nèi)存：又叫堆外內(nèi)存，它不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分演闭，但是虛擬機(jī)部分邏輯會(huì)用到直接內(nèi)存不跟。
我們就從線程私有的區(qū)域開始講起吧！
虛擬機(jī)棧
它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如其名米碰，棧是一種FILO(先進(jìn)后出)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)窝革，它的聲明周期和線程息息相關(guān)购城，它的作用就是存儲(chǔ)當(dāng)前線程運(yùn)行java方法所需的數(shù)據(jù)、指令虐译、返回地址瘪板。(虛擬機(jī)棧在Java程序員口中簡(jiǎn)稱棧,為了方便下文就簡(jiǎn)稱棧)
JDK1.8官方指定棧的默認(rèn)大小為1M，程序運(yùn)行時(shí)可以用 -Xss命令指定大小
棧的結(jié)構(gòu)：
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棧幀：在一個(gè)線程里漆诽，每當(dāng)調(diào)用一個(gè)方法就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀侮攀，并入棧，當(dāng)方法執(zhí)行完以后進(jìn)行出棧
例如：在java代碼中A()方法中調(diào)用了B()方法拴泌，B()方法中又調(diào)用了C()方法。那么線程執(zhí)行A()時(shí)惊橱，創(chuàng)建一個(gè)棧幀入棧蚪腐，執(zhí)行B()方法時(shí)又創(chuàng)建一個(gè)棧幀入棧.....，當(dāng)C()方法執(zhí)行完畢出棧税朴，緊跟著B()結(jié)束也跟著出棧回季，直至棧底的棧幀出棧宣告完畢，此時(shí)線程也跟著消亡正林。
棧的組成元素時(shí)棧幀泡一，那么棧幀里面長(zhǎng)什么樣子呢？我們剛說(shuō)到觅廓，棧是拿來(lái)存數(shù)據(jù)鼻忠， 指令、 返回地址的杈绸，那么這些東西肯定是存在棧幀中了帖蔓，我們來(lái)看看棧幀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：
- 局部變量表：顧名思義它是一張表來(lái)存數(shù)據(jù)的，而且是局部變量的數(shù)據(jù)瞳脓。局部變量表中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是一個(gè)32位長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塑娇，比如我們常見的8大基本類型變量，如果是double和long則使用32位高低位來(lái)標(biāo)識(shí)劫侧，如果是對(duì)象埋酬，那么就存儲(chǔ)對(duì)象的堆內(nèi)存地址。
- 操作數(shù)棧：顧名思義它的內(nèi)存結(jié)構(gòu)也是一個(gè)棧結(jié)構(gòu)(先進(jìn)后出)烧栋，它的作用就是存儲(chǔ)方法運(yùn)行時(shí)執(zhí)行引擎需要計(jì)算的數(shù)據(jù)写妥。
- 動(dòng)態(tài)鏈接：解決符號(hào)引用相關(guān)問(wèn)題(后續(xù)類加載機(jī)制時(shí)解析)。
- 返回地址：方法執(zhí)行完畢需要將程序計(jì)數(shù)器中的地址作為返回审姓，便于后續(xù)棧幀執(zhí)行耳标。
光說(shuō)概念是不是很枯燥，我們寫段代碼邑跪，通過(guò)反匯編來(lái)瞅瞅
/**
* @author Minor
*/
public class Demo1 {
public int test() {
int a = 10;
int b = 20;
int c = (a+b)*2;
return c;
}
}
首先我們定義了一個(gè)非常普通的java方法test()次坡，內(nèi)部定義兩個(gè)變量a,b然后計(jì)算他們的和再乘以2呼猪，賦值給c然后返回。我們先用javac命令編譯一下得到Demo1.class文件砸琅，然后用javap -c命令查看這個(gè)class文件的反匯編指令代碼宋距，
為了方便，我直接在反匯編指令里面寫注釋：
wangzhi@wangzhideMacBook-Pro ? ~/Desktop/JavaBase/src/com/company/base javap -c Demo1
警告: 二進(jìn)制文件Demo1包含com.company.base.Demo1
Compiled from "Demo1.java"
public class com.company.base.Demo1 {
public com.company.base.Demo1();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public int test(); // 我們java代碼里定義的test()方法
Code: // 字節(jié)碼指令
0: bipush 10 // 將常量10壓入操作數(shù)棧
2: istore_1 // 將操作數(shù)棧的值10存儲(chǔ)到局部變量表下標(biāo)為1的位置
3: bipush 20 // 將常量20壓入操作數(shù)棧
5: istore_2 // 將操作數(shù)棧的值10存儲(chǔ)到局部變量表下標(biāo)為2的位置
6: iload_1 // 將局部變量表下標(biāo)為1的變量壓入操作數(shù)棧
7: iload_2 // 將局部變量表下標(biāo)為2的變量壓入操作數(shù)棧
8: iadd // 加法運(yùn)算症脂，將操作數(shù)棧里的值進(jìn)行求和
9: iconst_2 // 將值為2的常量壓入操作數(shù)棧
10: imul // 乘法運(yùn)算
11: istore_3 // 將操作數(shù)棧的值存儲(chǔ)到局部變量表下標(biāo)為3的位置
12: iload_3 // 將局部變量表下標(biāo)為3的變量壓入操作數(shù)棧
13: ireturn // 方法返回
}
class指令集參考表：[https://cloud.tencent.com/developer/article/1333540]
(https://cloud.tencent.com/developer/article/1333540)
我們可以看到谚赎，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，解釋成jvm指令時(shí)變得很復(fù)雜诱篷，但是每一步缺邏輯清晰壶唤。注意一點(diǎn)istore_n指令表示將操作數(shù)棧里的值存入局部變量表的下標(biāo)n的位置。iconst_n表示將n常量壓入操作數(shù)棧棕所，常量是幾闸盔，n就是幾。
細(xì)心的小伙伴注意到了琳省，當(dāng)操作數(shù)棧存儲(chǔ)常量10的時(shí)候迎吵，為什么存儲(chǔ)的是局部變量表下標(biāo)為1的位置。其實(shí)java代碼底層對(duì)方法的調(diào)用有一個(gè)this针贬，代表當(dāng)前對(duì)象击费，所以局部變量表index[0]號(hào)位置是當(dāng)前對(duì)象this的引用。
有一點(diǎn)需要注意的是桦他，棧這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是先入后出蔫巩，如果一個(gè)線程不斷地入棧而沒(méi)有出棧，就會(huì)造成棧溢出錯(cuò)誤StackOverflowException快压，比如遞歸操作控制不當(dāng)就會(huì)發(fā)生異常批幌。
程序計(jì)數(shù)器
程序計(jì)數(shù)器是用來(lái)記錄線程執(zhí)行字節(jié)碼的行號(hào)地址，因?yàn)楝F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作模式基于CPU的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)機(jī)制嗓节，線程在執(zhí)行程序的時(shí)候難免會(huì)遇到CPU調(diào)度問(wèn)題荧缘，此時(shí)就需要一個(gè)地方來(lái)存儲(chǔ)線程當(dāng)前執(zhí)行的位置。顯然拦宣，每個(gè)線程各自獨(dú)立截粗，都有屬于自己一份的程序計(jì)數(shù)器。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單鸵隧，功能單一绸罗，程序計(jì)數(shù)器也是JVM內(nèi)存模型中唯一不會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出的地方。需要值得注意的點(diǎn)是當(dāng)java線程在執(zhí)行本地方法(native修飾的方法)時(shí)豆瘫，程序計(jì)數(shù)器并不會(huì)記錄執(zhí)行位置珊蟀，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)層面也有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，本地方法依靠它去記錄。
本地方法棧
本地方發(fā)棧顧名思義也是一個(gè)棧結(jié)構(gòu)育灸，和虛擬機(jī)棧類似腻窒。虛擬機(jī)棧用于控制java方法的調(diào)用，而本地方法棸跽福控制本地方法的調(diào)用儿子。
