【jvm】01- java内存结构分析

java内存结构分析

java内存结构

我们根据线程是否共享将java内存结构分成两部分：

线程共享区域
		堆
		方法区（1.8成为元区间）
线程独占区域
		栈
		本地方法栈
		PC寄存器（程序执行到的位置）

java栈结构分析：

我们先看一下栈的结构图

接下来我们详细看一下每一个部分具体作用

栈帧

每一个方法的执行就是一个栈帧，而且在栈内存中遵循先进后出的原理。听到这里，是不是感觉不是很懂（大佬直接忽略）？我们来看一个示例：

这里先提一个小的概念：每一个方法就是一个栈帧入栈：方法执行的时候就会入栈，放的栈的底部。出栈：方法执行结束就会出栈。 1.，当main方法开始执行，就会进行入栈（压栈）操作，main方法就在整个栈结构的最底部 2. main方法里调用add方法，add方法也是一个栈帧，进行了入栈操作 3. 当add方法执行结束，add方法会执行出栈（弹栈）操作。 4. add方法执行结束，main方法也会执行完毕 5. 这样就可以印证了栈的先进后出原理

局部变量表

用户存放方法参数和方法运行途中生成的变量

操作数栈

当一个方法刚刚开始执行的时候,这个方法的操作数栈是空的,在方法的执行过程中,会有各种字节码指令往操作数栈中写入和提取内容,也就是出栈/入栈操作。例如,在做算术运算的时候是通过操作数栈来进行的,又或者在调用其他方法的时候是通过操作数栈来进行参数传递的。

动态连接

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(Dynamic Linking)。

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。

这里我们运用反汇编指令查看目录结构

类文件进行编译

javac  StackStructure.java

类文件进行反汇编编译

javap -c  StackStructure

然后截图看下反汇编后的add方法

 public static void add();
    Code:
       0: bipush        100      
       2: istore_0
       3: bipush        100
       5: istore_1
       6: iload_0
       7: iload_1
       8: iadd
       9: istore_2
      10: return

我们将相应的汇编指令放在这里

bipush 将一个8位带符号整数压入栈（这里的栈指的是操作数栈） istore_0 将int类型值存入局部变量0 istore_1 将int类型值存入局部变量1 iload_0 从局部变量0中装载int类型值 iload_1 从局部变量1中装载int类型值 iadd 执行int类型的加法 istore_2 将int类型值存入局部变量2

我们通过反汇编指令来分析一下栈的各个结构的作用，我们对比上面的汇编指令进行相应的翻译

将100整数压入操作数栈

0: bipush        100

2. 将int类型的100存入局部变量表的a中

 2: istore_0

3. 将100整数压入操作数栈

 3: bipush        100

4. 将int类型的100存入局部变量表的b中

5: istore_1

5. 从局部变量表a中装载int类型值100到操作数栈

 6: iload_0

6. 从局部变量表b中装载int类型值100到操作数栈

   7: iload_1

7. 在操作数栈中执行加法操作

   8: iadd

8. 将计算的结果200存入局部变量表c中

   9: istore_2

9. 最后将结果给返回即可

   10: return

运行时常量池

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 ="abc";
        String s2 = "abc";
        String s3 = new String("abc");
        System.out.println(s1 == s2);  // true
        System.out.println(s3 == s1);  // false
        System.out.println(s3.intern() == s1);   //true
    }
}

我们先分析前两个比较结果

String s1 = "abc"是存放在字符串常量池中，而new出来的对象是存放在堆中，所以前两个结果成立

但是为s3.intern() == s1的结果也是为true呢？我们再来看下一张图解

调用intern()方法，会把堆中的"abc"转移到方法区的字符串常量池中，并且覆盖原来的“abc”（字符串常量池类似于一个hashSet，转移的值会覆盖原来的值）。所以，三个对象此时都指向同一个常量“abc”。

对象的创建过程

类加载的执行流程图

对象创建的过程：

new对象
根据参数在常量池中定位类符号的引用
判断类引用是否存在，存在则说明类已经加载，可以直接使用
找不到的情况下说明类还未加载，需要在堆内存中开辟内存空间
然后是类的属性初始化
类的构造方式初始化

对象内存分配方式

整个过程中，我们详细看如何在堆内存中开辟空间有两种方案：指针碰撞空闲列表

指针碰撞

我们先看指针碰撞的情况

假设现在的堆内存是一块连续的空间，我们new了一个obj1。obj1加入到堆内存中，且会有一个指针指向obj1，obj2加入的时候也是同理，指针指向obj2

我们再看下一种情况，当多线程情况下new 出obj3和obj4，如何开辟内存空间呢？

这里会采用CAS算法，obj3和obj4的线程争抢锁，谁能拿到，谁就先执行并且再堆内存中开辟相应的内存空间。

空闲列表

堆内部有一个列表来存储我们堆中空闲的地方。我们创建对象则去找列表中对应的空闲区域去创建我们的对象。

堆是否规整有我们垃圾回收器来决定的，如果垃圾回收器使用的是标记压缩算法，那么他会规整的分配我们的对象

多线程的情况下：空闲列表则采用我们的本地线程分配缓存，线程占满则采用我们的cas加锁方式，再去分配本地缓存分配一部分区域。

我们这里抛出一个问题，对象创建以后除了在堆上还会在哪里？

public class StackStructure {
    public void a() {
        StackStructure stackStructure = new StackStructure();
    }
    public StackStructure b() {
        StackStructure stackStructure = new StackStructure();
        return stackStructure;
    }
}

栈上分配：

a()方法里面声明的这个对象并没有返回给外部，或者给外部使用，所以会存在栈里面。即成为栈上分配。当声明的对象太大了以后也会造成内存逃逸，被分配到堆里面去

内存逃逸：

b()方法里面的对象返回出去了，就会从栈上逃逸，分配到堆内存里面。就造成了内存逃逸

对象结构分析

对象头 hash值、gc分代年龄、持有锁信息、类型指针：方法区存储class对象（这个唯一的）；例如：new Test().getClass() == new Test().getClass();

对象实例数据 主要存放我们自身的属性变量，包括父类属性等。

对象填充数据 使用数据填充，没有实际的意义 HotStop 虚拟机指定对象大小必须是8个字节的整数倍。如果不是8个字节则，使用此进行填充

对象的内存引用分析

对象的内存引用有两种方式：直接引用句柄引用

直接引用图解

对象的直接引用，当obj对象更改时，速度较快，但是每次都需要更换对象的引用地址

句柄池引用

obj对象更改以后，不会更改A的引用，只需要把句柄池里面的引用更改就好了，效率比直接引用低

具体选择那种引用方式，是根据不同的虚拟机来选择的