JVM-- 运行时数据区与内存模型，java 开发基础知识点

问题：那一个线程执行的状态如何维护?一个线程可以执行多 少个方法?这样的关系怎么维护呢?

虚拟机栈是一个线程执行的区域，保存着一个线程中方法的调用状态。换句话说，一个 Java 线程的运行状态，由一个虚拟机栈来保存，所以虚拟机栈肯定是线程私有的，独有的，随着线程的创建而创建。

每一个被线程执行的方法，为该栈中的栈帧，即每个方法对应一个栈帧。调用一个方法，就会向栈中压入一个栈帧;一个方法调用完成，就会把该栈帧从栈中弹出。

栈帧：

栈帧：每个栈帧对应一个被调用的方法，可以理解为一个方法的运行空间。

栈帧中包括局部变量 表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和即时信息。

局部变量 表:方法中定义的局部变量以及方法的参数存放在这张表中，局部变量表中的变量不可直接使用，如需要使用的话，必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。

操作数 栈:以压栈和出栈的方式存储操作数的。如 1+1 两个 1 存储在局部变量 表中， 1+1 这个操作在操作数栈中完成。

动态链接:每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接(符号引用编程直接引用)。因为类加载机制

仅仅是将本文件的符号引用变成直接引用 ，当遇到多态的调用时，只能通过运行来确定子类对接的引用是哪一个。

方法返回地址:当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出，一种是遇到方法返回的字节码指令;一种是遇

见异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理。

本地方法栈

当前线程执行的方法是 Native 类型的，这些方法就会在本地方法栈中执行

思考：在 Java 方法执行的时候如何调用 native 的方法呢?

通过动态链接来进行调用。

程序计数器

作用：是记录当前线程的执行位置，线程私有。

如果线程正在执行 Java 方法，则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;

如果正在执行的是 Native 方法，则这个计数器为空。

除了上面五块内存之外,其实我们的 JVM 还会使用到其他两块内存

直接内存(Direct Memory)

并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是 JVM 规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频 繁地使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现，所以我们放到这里一起讲解。在 JDK 1.4 中新加入了 NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区 (Buffer)的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆 里面的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能， 因为避免了在 Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会受到 Java 堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总 内存的大小及处理器寻址空间的限制。因此在分配 JVM 空间的时候应该考虑直接内存所带来的影 响，特别是应用到 NIO 的场景。

其他内存:

Code Cache:**JVM 本身是个本地程序，还需要其他的内存去完成各种基本任务，比如，JIT 编译器在运行时对热点方法进行编译，就会将编译后的方法储存在 Code Cache 里面;GC 等 功能。需要运行在本地线程之中，类似部分都需要占用内存空间。这些是实现 JVM JIT 等功能 的需要，但规范中并不涉及

其中栈可以指向堆 c

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ase: Object obj=new Object()

方法区指向堆 case: private static Object obj=new Object();

堆指向方法区 case: Class 类对象指向它的元数据。 new Object().getClass();

Java 对象内存模型

一个 Java 对象在内存中包括 3 个部分:对象头、实例数据和对齐填充。

内存模型设计之–大小端存储

小端存储:便于数据之间的类型转换，例如:long 类型转换为 int 类型时，高地址部分的数据可以 直接截掉。

大端存储:便于数据类型的符号判断，因为最低地址位数据即为符号位，可以直接判断数据的正 负号。

内存模型设计之–Class Pointer

引用定位到对象的方式有两种，一种叫句柄池访问，一种叫直接访问

区别:

句柄池:

使用句柄访问对象，会在堆中开辟一块内存作为句柄池，句柄中储存了对象实例数据(属性值结构体) 的内存地址，访问类型数据的内存地址(类信息，方法类型信息)，对象实例数据一般也在 heap 中开 辟，类型数据一般储存在方法区中。

优点:reference 存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为) 时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference 本身不需要改变。

缺点:增加了一次指针定位的时间开销。 直接访问:

直接指针访问方式指 reference 中直接储存对象在 heap 中的内存地址，但对应的类型数据访问地址需要 在实例中存储。

优点:节省了一次指针定位的开销。 缺点:在对象被移动时(如进行 GC 后的内存重新排列)，reference 本身需要被修改

内存模型设计之–指针压缩

指针压缩的目的：

为了保证 CPU 普通对象指针(oop)缓存

为了减少 GC 的发生，因为指针不压缩是 8 字节，这样在 64 位操作系统的堆上其他资源空间就少了。

64 位操作系统中 内存 > 4G 默认开启指针压缩技术，内存**< 4G**，默认是 32 位系统默认不开启。内存 > 32G

指针压缩失效。所以我们通常在部署服务时，JVM 内存不要超过 32G，因为超过 32G 就无法开启 指针压缩了。

内存 > 32G 指针压缩失效的原因是：4G_8 = 32G

32 位系统的 CPU 最大支持 2^32 = 4G ,如果是 64 位系统，最大支持 2^64，但是对其填充是按照 8 字节进行填充，指针压缩可以理解为在 32 位系统在 64 位上面使用，因为 32 位系统的 CPU 寻址空间最大支持 4G，对其填充_8= 32G，这就是内存>32G 指针压缩失效的原因。

关闭指针压缩 : -XX:+UseCompressedOops

内存模型设计之–对齐填充

对齐填充的意义是提高 CPU 访问数据的效率，主要针对会存在该实例对象数据跨内存地址区域存储的情况。

例如：在没有对齐填充的情况下，内存地址存放情况如下:

因为处理器只能 0x00-0x07，0x08-0x0F 这样读取数据，所以当我们想获取这个 long 型的数据时，处理 器必须要读两次内存，第一次(0x00-0x07)，第二次(0x08-0x0F)，然后将两次的结果才能获得真正的数值。