5-运行时数据区

一.运行时数据区

一个class文件被classloader加载到内存，经过load/link/initialize三步之后，然后交给jvm的运行时引擎运行，运行的时候在内存里面是一个什么情况？

根据《Java虚拟机规范》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。

程序计数器（Program Counter Register）：是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

java虚拟机栈（JVM stacks）: 线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。

本地方法栈（Native Method Stacks）：与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地 （Native） 方法服务。

Java堆（Java Heap）：是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。

方法区（Method Area）：是一种逻辑划分。与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息（类名、访问修饰符、字段描述、方法描述等）、常量池(静态常量在编译器存入class文件常量池)、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

jdk1.8之前叫永久代（Perm Space）字符串常量位于Perm Space，FGC不会清理。

jdk1.8之后叫元数据区域（Meta Space ）包含类型信息/运行时常量池（run-time constant pool）。字符串常量位于堆，会触发FGC。

直接内存（Direct Memory）：jvm可以直接访问的内存（os管理的内存）。NIO，提高效率，实现zero copy。

二.分析java虚拟机栈（JVM stacks）

Frame(栈桢)：用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

局部变量表（local variables）:存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、 int、 float、long、double）、对象引用。

操作数栈（operand stacks）

动态连接（dynamic linking）：动态链接是一个将符号引用解析为直接引用的过程。java虚拟机执行字节码时，遇到一个操作码，操作码第一次使用一个指向另一类的符号引用，则虚拟机就必须解析这个符号引用。

方法出口（return address）： a() -> b()，方法a调用了方法b, b方法的返回值放在什么地方

让我们从一个小demo分析一下jvm stacks是如何运作的。

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
        i = i++;
//        i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

输出：1

我们来分析一下字节码：

1. icons_1 把1压入操作数栈（栈顶为1）
2. istore_1 把1出栈存储到局部变量表索引为1的位置（i此时为1，栈为空）
3. iload_1 把局部变量表索引为1的值压入操作数栈（栈顶为1）
4. iinc 1 by 1 把局部变量表索引为1的值加1（i此时为2）
5. istore_1 操作数栈出栈将值赋给局部变量表索引为1的位置（i此时为1，栈为空）

所以最终局部变量表索引为1位置（即i）的值为1。

再来看看这个小demo

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 1;
//        i = i++;
        i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

输出：2

我们来分析一下字节码：

1. icons_1 把1压入操作数栈
2. istore_1 把1出栈存储到局部变量表索引为1的位置
3. iinc 1 by 1 把局部变量表索引为1的值加1 （i此时为2）
4. iload_1 把局部变量表索引为1的值压入操作数栈
5. istore_1 操作数栈出栈将值赋给局部变量表索引为1的位置（i此时为2）

所以最终局部变量表索引为1位置（即i）的值为2。