【JVM】HotspotJVM内存区域解析

本文导读

本文详细的讲述了Java虚拟机运行时数据区的程序计数器、虚拟机栈，本地方法栈，方法区，堆，常量池，以及直接内存(堆外内存)，对各个区域的作用，服务对象以及其中可能产生的问题展开讨论~

JVM基础知识

JVM 全称是 Java Virtual Machine，也就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它能识别 .class 后缀的文件，并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，完成我们想要的操作。

JVM是一个庞大的知识体系，可以从内存结构，内存分配策略，垃圾回收，性能监控工具，类文件结构，类加载机制，字节码执行引擎，JVM自身优化技术，程序性能调优几个方面去学习。

内存结构是了解JVM核心也是前提，同时 JVM 是一个虚拟化的操作系统，所以除了要虚拟指令之外，最重要的一个事情就是需要虚拟化内存。

JVM内存区域

这里讲解的是JVM内存的各个区域，重点讲解这些区域的作用，服务对象以及其中可能产生的问题。

宏观上JVM处于图片中虚线的位置，本篇重点讲解JVM运行时数据区

定义：Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，该区域内存主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈等。同时按照与线程的关系也可以这么划分区域：线程私有区域：一个线程拥有单独的一份内存区域。线程共享区域：被所有线程共享，且只有一份。这里还有一个直接内存，这个虽然不是运行时数据区的一部分，但是会被频繁使用。你可以理解成没有被虚拟机化的操作系统上的其他内存（比如操作系统上有 8G 内存，被 JVM 虚拟化了 3G，那么还剩余 5G， JVM 是借助一些工具使用这 5G 内存的，这个内存部分称之为直接内存）

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一块很小的内存空间，是当前线程执行的字节码的行号指示器，各线程之间独立存储，互不影响。主要用来记录各个线程执行的字节码的地址，例如，分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于计数器。由于 Java 是多线程语言，当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令。因为 JVM 是虚拟机，内部有完整的指令与执行的一套流程，所以在运行 Java 方法的时候需要使用程序计数器（记录字节码执行的地址或行号），如果是遇到本地方法（native 方法），这个方法不是 JVM 来具体执行，所以程序计数器不需要记录了，这个是因为在操作系统层面也有一个程序计数器，这个会记录本地代码的执行的地址，所以在执行 native 方法时，JVM 中程序计数器的值为空(Undefined)。另外程序计数器也是 JVM 中唯一不会 OOM(OutOfMemory)的内存区域。

虚拟机栈（VM Stack）

虚拟机栈是线程运行 java 方法所需的数据，指令、返回地址。栈的数据结构是先进后出(FILO)的数据结构，虚拟机栈的作用，在 JVM 运行过程中存储当前线程运行方法所需的数据，指令、返回地址