JVM内存管理深度剖析

好久没有写文章了，感觉一年又快过去了。外面天气比较冷，这个时候适合安静的整理一下自己的知识体系了。准备从Java开始深入，到Android高级，再到NDK开始梳理自己这些年的知识脉络，也希望能给大家一点帮助。

1.JVM与操作系统的关系

我们先来看一张图：

 我们知道，一开始我们写一个helloWorld，会有一个helloWorld.java文件，这样的文件我们称之为.java文件，但是.java文件是不可以直接运行在我们的操作系统之上的，也就是说.java文件无法直接调用操作系统的函数。.java文件通过编译器编译成.class文件，.class文件再翻译成机器码（010101...），这样就可以调用操作系统的函数了。所以，JVM可以充当一个翻译的作用，让机器读懂java程序。在oracle官网上，针对不同的操作系统，提供了不同的jdk可供下载，这样就使得在不同的操作系统上，同样的.java文件可以被编译成同样的.class文件，以及同样的机器码，这也就使得java具有跨平台的特性。

最新有一门语言在Android上已经逐渐作为主流语言，对，就是kotlin，kotlin也可以被编译成.class文件，所以JVM又有了跨语言的特性。

2.JVM，JRE，JDK之间的关系

试想如果有一天你去面试，面试官问你，这三者之间有什么关系？相信很多老开发都说不清楚。

我们来看一张图：

 JDK可以理解为java工具包，包括了JRE（java运行时环境），同时JRE又包含了JVM。

我们知道.java文件到.class文件是一个编译过程，需要同javac。而javac就是JDK提供的。

3.JVM内存模型

工作多年的老开发或多或少看过下面这张图：

可以这么说，这张图就是Java内存模型。

下面我们来逐一破解java内存模型：

【1】程序计数器：

首先抛出一个问题：什么是程序计数器？

看上图你只能知道它是JVM运行时数据区的一部分，然而这个答案太肤浅，有失斯文。

我想各位大概率也不是很清楚，还是上图吧。

 上图的0，1，2...看到没有，这些数字就可以理解为程序计数器。作用是记录当前执行字节码的地址。

引申出一个问题：为什么需要程序计数器？

简而言之，就是CPU的时间片轮转机制。我们知道，并发的时候，当前线程可能会被切出时间片，那么就必须有一个计数机制记录当前线程执行到哪一行代码了。其实这一点也很好理解。

程序计数器同时也是JVM唯一一块不会OOM的区域。那么问题来了，为什么程序计数器不会引发OOM血案？程序计数器是记录当前线程字节码执行位置的地址，只需要很小一块位置记录地址就可以了，所以不会引发OOM。

【2】虚拟机栈：

栈的数据结构我在这里不想多说了，简单来说，就是一种先进后出的数据结构。

虚拟机栈这个东西你简单的理解，就是执行方法时方法入栈，一个方法就是一个栈帧。

还是来看一张图吧：

 什么局部变量表啊，什么操作数栈啊，什么返回地址啊，可能越看越迷糊。下面就通过一个方法的压栈实例来详细说明一下个中缘由。

我们来看一段代码：

 首先main方法入栈，后面会调用work方法，work入栈。iconst_1意味着将int类型的1入操作数栈，istore_1意思是将操作数栈中的1存入局部变量表，这两步就完成了int x = 1这一行代码操作。iconst_2和istore_2同理完成int y = 2操作。iload_1再次将局部变量表下标为1的int类型数据入操作数栈，iload_2将局部变量表下标为2的int类型数据入操作数栈。然后再出栈进行iadd相加操作，再入栈，再存入局部变量表。iload_3代表将局部变量表中下标为3的变量入操作数栈。return操作再把操作数栈的地址返回。

【3】本地方法栈：

比如我们调用a.hashcode()这个方法的时候，很明显hashcode方法不是一个java方法，它是一个native方法。

我们讲完已经讲完了线程独占区，下面来看看线程共享区：

【4】方法区：

它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

【5】堆区：

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，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

提出一个小问题：为什么方法区和堆区都是线程共享的，不能设计成一个？

其实也很简单，堆区的对象是会频繁创建和回收的，而方法区并不需要，这也是一种动静分离的思想。

JDK1.7之前和JDK1.8以后方法区其实是由区别的，JDK1.7以及之前，方法区是在堆里面的永久代，GC不会在程序运行期间对永久代进行清理，这样就有一个问题，永久代的内存会随着加载class文件的增加而增加，在加载class文件过多时会OOM。

JDK1.8引出了元空间，方法区内存不再使用JVM内存，而使用本机内存。这样做也有一个缺点，就是可能会挤压堆内存。