JAVA的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，老生常談。
我們常說的JAVA的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)包括：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧、方法區(qū)、堆，其中前三者是線程私有的，后二者是線程公有的。這里為什么以線程為劃分私有/公有的依據(jù)，是因?yàn)?strong>線程是JVM調(diào)度的最小單位。
線程私有
程序計(jì)數(shù)器
? 在匯編語言中，程序計(jì)數(shù)器是指CPU中的寄存器，它保存的是程序當(dāng)前執(zhí)行的指令地址(也可以說保存下一條指令的所在存儲(chǔ)單元的地址)。在JVM中的程序計(jì)數(shù)器也是類似的功能，用于記錄當(dāng)前線程執(zhí)行到的字節(jié)碼的行號(hào)，字節(jié)碼的解釋器工作的時(shí)候就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。
? 由于在JVM中，多線程是通過線程輪流切換來獲得CPU執(zhí)行時(shí)間的，因此，在任一具體時(shí)刻，一個(gè)CPU的內(nèi)核只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令，因此為了能夠使得每個(gè)線程都在線程切換后能夠恢復(fù)在切換之前的程序執(zhí)行位置，每個(gè)線程都需要有自己獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，并且不能相互干擾，否則就會(huì)影響到程序的正常執(zhí)行次序。因此，可以這么說，程序計(jì)數(shù)器是每個(gè)線程所私有的。
? 注意：此內(nèi)存區(qū)域是JVM里面唯一一個(gè)不會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出(OOM OutOfMemoryError)的區(qū)域。
虛擬機(jī)棧
? 虛擬機(jī)棧也就是我們常說的JVM的棧，棧中存放著棧幀，每一個(gè)方法執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生一個(gè)棧幀。方法開始執(zhí)行時(shí)，會(huì)在虛擬機(jī)棧中壓入一個(gè)棧幀，方法執(zhí)行結(jié)束時(shí)，會(huì)將棧幀彈出棧。棧幀中包含局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈鏈接、方法出口等信息構(gòu)成。
? 局部變量表：存放編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對象引用類型和returnAddress類型(指向一條字節(jié)碼指令的地址：函數(shù)返回地址)。long、double、占用兩個(gè)局部變量控件的Slot。局部變量表所需要的內(nèi)存空間在編譯器確定，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，方法在棧幀中所需要分配的局部變量控件是完全確定的，不可動(dòng)態(tài)改變大小。詳細(xì)內(nèi)容可以使用JDK自帶的工具javap對class進(jìn)行反編譯查看。
? 操作數(shù)庫：后進(jìn)先出LIFO，最大深度由編譯期決定。棧幀剛建立時(shí)，操作數(shù)棧為空，執(zhí)行方法操作時(shí)，操作數(shù)棧用于存放JVM從局部變量表復(fù)制的常量或者變量，提供提取，及結(jié)果入棧，也用于存放調(diào)用方法需要的參數(shù)及接受方法返回的結(jié)果。操作數(shù)?？梢源娣乓粋€(gè)JVM中定義的任意數(shù)據(jù)類型的值。在任意時(shí)刻，操作數(shù)棧都有一個(gè)固定的棧深度，基本類型除了long、double占用兩個(gè)深度，其他占用一個(gè)深度。
? 動(dòng)態(tài)鏈接：當(dāng)一個(gè)方法被執(zhí)行后，有兩種方式退出該方法：執(zhí)行引擎遇到任意一個(gè)方法返回的字節(jié)碼指令 或遇到了 異常 ，并且該異常沒有在方法體內(nèi)得到處理。無論采用何種方式退出，在方法退出之后，都需要返回到方法被調(diào)用的位置，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。方法返回時(shí)可能需要在棧幀中保存一些信息，用來幫助恢復(fù)它的上層方法的執(zhí)行狀態(tài)。一般來說方法正常退出時(shí)，調(diào)用者的程序計(jì)數(shù)器的值就可以作為返回地址，棧幀中很可能保存了這個(gè)計(jì)數(shù)器的值，而方法異常退出時(shí)，返回地址是要通過異常處理器來確定的，棧幀中一般不保存這部分信息。
? 如果線程請求的棧深入大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展（大部分虛擬機(jī)允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，也可以設(shè)置固定大小的虛擬機(jī)棧），但是無法申請到足夠的內(nèi)存，會(huì)拋出OutOfMemorError。
本地方法棧
? 本地方法棧與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用很相似，他們的區(qū)別在于虛擬機(jī)棧為執(zhí)行Java代碼方法服務(wù)，而本地方法棧為Native方法服務(wù)。
線程公有
堆
? 因?yàn)槭蔷€程公有的，幾乎所有的線程都把自己產(chǎn)生的實(shí)例對象放在堆上。所以堆是JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中所在空間最大的一塊，我們說的垃圾回收也主要發(fā)生在堆上。如果按GC的不同回收算法，堆又可以劃分為“老年代”，“新生代”，“新生代”再劃分為Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。關(guān)于垃圾回收，在這里再討論。
? 堆可以是固定大小的，也可以通過設(shè)置配置文件來設(shè)置該為可擴(kuò)展的。如果堆上沒有內(nèi)存進(jìn)行分配，并無法進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常
方法區(qū)
? 方法區(qū)中存儲(chǔ)的是每個(gè)類的信息(包括類的名稱、方法信息、字段信息)、靜態(tài)變量、常量以及編譯器編譯后的代碼等。在Class文件中除了類的字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用來存儲(chǔ)編譯期間生成的字面量和符號(hào)引用。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分,但是它卻又一個(gè)別名叫做Non-Heap(非堆),目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來.
原則上,如何實(shí)現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),不受虛擬機(jī)規(guī)范約束,但是使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū),現(xiàn)在看來并不是一個(gè)好主意,因?yàn)檫@樣更容易遇到內(nèi)存泄漏問題(永久代有-XX:MaxPermSize的上限,J9和JRockit只要沒有觸碰到進(jìn)程可用內(nèi)存的上限,例如:32位操作系統(tǒng)中的4GB,就不會(huì)出現(xiàn)問題),而且有極少的方法(例如String.intern())會(huì)因?yàn)檫@個(gè)原因?qū)е虏煌摂M機(jī)下有不同的表現(xiàn).因此,對于HotSpot虛擬機(jī),根據(jù)官方發(fā)布的路線圖信息,現(xiàn)在也有放棄永久代并逐步采用Native Memory來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃了,在目前已經(jīng)發(fā)布的JDK1.7的HotSpot中,已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出.
? 運(yùn)行時(shí)常量池(Runtime Constant Pool)是方法區(qū)的一部分.Class文件中除了有類的版本/字段/方法/接口等描述信息外,還有一項(xiàng)信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用,這部分內(nèi)容將類在加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放.
? 運(yùn)行時(shí)常量池相對于Class文件常量池的另外一個(gè)重要特征就是具備動(dòng)態(tài)性，Java語言并不要求常量一定只有在編譯期才能產(chǎn)生，也就是并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池,運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發(fā)人員利用得比較多的便是String類的intern()方法。
public String intern()
返回字符串對象的規(guī)范表示。
最初為空的字符串池由String類String 。
當(dāng)調(diào)用intern方法時(shí)，如果池已經(jīng)包含與equals(Object)方法確定的相當(dāng)于此String對象的字符串，則返回來自池的字符串。 否則，此String對象將添加到池中，并返回對此String對象的引用。
由此可見，對于任何兩個(gè)字符串s和t ， s.intern() == t.intern()是true當(dāng)且僅當(dāng)s.equals(t)是true 。
所有文字字符串和字符串值常量表達(dá)式都被實(shí)體化。 字符串文字在The Java? Language Specification的 3.10.5節(jié)中定義。
結(jié)果
一個(gè)字符串與該字符串具有相同的內(nèi)容，但保證來自一個(gè)唯一的字符串池。
? 注意：在JVM規(guī)范中，沒有強(qiáng)制要求方法區(qū)必須實(shí)現(xiàn)垃圾回收，很多人習(xí)慣將方法區(qū)稱為"永久代"，是因?yàn)?strong>HotSpot虛擬機(jī)以永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，從而JVM的垃圾處理器可以像堆區(qū)一樣管理這部分的區(qū)域，從而不需要專門為這部分設(shè)計(jì)垃圾回收機(jī)制。不過JDK8之后，Hotspot虛擬機(jī)將運(yùn)行時(shí)常量池從永久代移除了。然后引入了一個(gè)新的概念"元空間"。
