前言

之前我們探討過(guò)一個(gè).class文件是如何被加載到j(luò)vm中的。但是jvm內(nèi)又是如何劃分內(nèi)存的呢？這個(gè)內(nèi)被加載到了那一塊內(nèi)存中？jvm內(nèi)存劃分也是面試當(dāng)中必被問(wèn)到的一個(gè)面試題。

什么是jvm內(nèi)存區(qū)域劃分？

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，JVM在運(yùn)行我們寫好的代碼時(shí)，他是必須使用多塊內(nèi)存空間的，不同的內(nèi)存空間用來(lái)放不同的數(shù)據(jù)，然后配合我們寫的代碼流程，才能讓我們的系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)。

舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，比如咱們現(xiàn)在知道了JVM會(huì)加載類到內(nèi)存里來(lái)供后續(xù)運(yùn)行，那么我問(wèn)問(wèn)大家，這些類加載到內(nèi)存以后，放到哪兒去了呢？想過(guò)這個(gè)問(wèn)題嗎？

所以JVM里就必須有一塊內(nèi)存區(qū)域，用來(lái)存放我們寫的那些類。

包括我們定義的成員變量，類變量，方法，局部變量等等，都在jvm內(nèi)存中對(duì)應(yīng)著一塊內(nèi)存來(lái)記錄存儲(chǔ)。

存放類的方法區(qū)

在JDK1.8之前的版本里，代表JVM的一塊區(qū)域。在1.8版本以后，這塊區(qū)域的名字改了，叫做“Matespace”，可以認(rèn)為是“元數(shù)據(jù)空間”這樣的意思，當(dāng)然這里主要存放的還是我們自己寫的各種類的相關(guān)信息。

舉個(gè)栗子。有如下兩個(gè)類，People類沒有成員變量，而Student類有一個(gè)name的類變量。

public class Student{
  private static String name = "lisi";
}

public class People{
  public static void main(){
    Student student = new Student();
  }
}

這兩個(gè)類被加載到JVM，就會(huì)存放在這個(gè)方法區(qū)里面（注意：如果讀過(guò)我之前的章節(jié)，就會(huì)明白這里的加載代表的是：加載->驗(yàn)證->準(zhǔn)備->解析->初始化，類的所有類變量都會(huì)被賦值）。

執(zhí)行代碼指令的程序計(jì)數(shù)器

我們知道，被加載到j(luò)vm的類對(duì)象是我們寫的.java文件被編譯之后的.class文件。

在編譯過(guò)后會(huì)將我們的代碼編譯成計(jì)算機(jī)能讀懂的字節(jié)碼。而這個(gè).calss文件就是，就是我們代碼編譯好的字節(jié)碼了。

加載到內(nèi)存以后，字節(jié)碼執(zhí)行引擎就開始工作了。去執(zhí)行我們編譯出來(lái)的代碼指令，如下圖

此時(shí)問(wèn)題來(lái)了，我們是不是需要一塊內(nèi)存空間來(lái)記錄我們字節(jié)碼執(zhí)行引擎目前執(zhí)行到了哪行代碼？這一塊特殊的內(nèi)存區(qū)域就是“程序計(jì)數(shù)器”

這個(gè)程序計(jì)數(shù)器就是用來(lái)記錄當(dāng)前執(zhí)行的字節(jié)碼指令的位置。

如下圖：

到這里我相信會(huì)有人產(chǎn)生疑惑，就按照當(dāng)前的代碼順序執(zhí)行就行了，為什么要記錄執(zhí)行到哪里了？

因?yàn)槲覀儗懞玫拇a可能會(huì)開啟多個(gè)線程并發(fā)的執(zhí)行不同的代碼?？赡墚?dāng)前線程這段代碼還沒有執(zhí)行完畢，就上下文切換到另一段代碼中。

當(dāng)線程再次上下文切換到之前的代碼時(shí)，就需要一個(gè)專門記錄當(dāng)前線程執(zhí)行到了哪一條字節(jié)碼。所以，每一個(gè)線程都有這自己的程序計(jì)數(shù)器。

如下圖：

java虛擬機(jī)棧

java代碼在執(zhí)行的時(shí)候，一定是某個(gè)線程來(lái)執(zhí)行某個(gè)方法中的代碼。

當(dāng)線程執(zhí)行到某個(gè)方法的時(shí)候，如果這個(gè)方法有局部變量，那么就需要一塊區(qū)域來(lái)存放局部變量的數(shù)據(jù)信息。這個(gè)區(qū)域就叫做java虛擬機(jī)棧。

每一個(gè)線程都有一個(gè)自己的java虛擬機(jī)棧，比如說(shuō)當(dāng)執(zhí)行main方法的時(shí)候就會(huì)有一個(gè)main線程，用來(lái)存放main方法中定義的局部變量

public static void main(){
  People people = new People();
  int i = 9;
}

比如上面的main()方法中，其實(shí)就有一個(gè)"people"的局部變量，他是引用一個(gè)People的實(shí)例對(duì)象的，這個(gè)對(duì)象我們先不管他。然后有一個(gè)"i"的局部變量。

如下圖：

我想大家應(yīng)該都知道棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，后進(jìn)先出。當(dāng)方法執(zhí)行完畢以后，這個(gè)棧楨就會(huì)出棧，里面的局部變量信息就會(huì)從內(nèi)存刪除。所以局部變量是線程安全的。因?yàn)橹挥挟?dāng)前線程能獲取到這個(gè)值。

為什么要用后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？

假設(shè)a方法當(dāng)中同步調(diào)用b方法，此時(shí)a方法的棧楨先入棧，然后再是b方法的棧楨入棧。b方法執(zhí)行完畢后，b方法的棧楨出棧，繼續(xù)執(zhí)行a方法。所以使用一個(gè)后進(jìn)先出的棧結(jié)構(gòu)是非常完美的。

此時(shí)jvm的內(nèi)存模型圖如下：

java堆內(nèi)存

這一塊內(nèi)存是非常非常重要的。

我們實(shí)例化的所有對(duì)象都是存放在這個(gè)內(nèi)存中。這個(gè)實(shí)例化的對(duì)象里面會(huì)包含一些數(shù)據(jù)，我們用上面的代碼來(lái)做栗子。

public class Student{
  private String name = "lisi";
  public String getNmae(){
    return name;
  }
}

public class People{
  public static void main(){
    Student student = new Student();
    student.getName();
  }
}

還是這個(gè)代碼，當(dāng)main線程執(zhí)行main()方法的時(shí)候，首先在堆內(nèi)存中實(shí)例化Student對(duì)象，然后在局部變量中創(chuàng)建student，student存的是實(shí)例化Student對(duì)象的內(nèi)存地址。然后執(zhí)行Student對(duì)象的getName()方法。

如下圖：

由上圖可以看出來(lái)，?？臻g是封閉的，是線程安全的，而堆內(nèi)存中是我們主要發(fā)生線程不安全的地方，因?yàn)槎褍?nèi)存的空間所有的線程其實(shí)都是能共享的。

此時(shí)jvm的內(nèi)存劃分的最終模型為：

其他內(nèi)存區(qū)域

很多java程序猿對(duì)這一塊區(qū)域的接觸是非常少的。

其實(shí)在JDK的很多底層代碼API中，比如NIO。

如果你去看源碼會(huì)發(fā)現(xiàn)很多地方的代碼不是java寫的，而是走的native方法去調(diào)用本地操作系統(tǒng)里面的一些方法，可能調(diào)用的都是c語(yǔ)言寫的方法。

比如說(shuō)：public native int hashCode();

在調(diào)用這種native方法的時(shí)候，就會(huì)有線程對(duì)應(yīng)的本地方法棧，這個(gè)其實(shí)類似于java虛擬機(jī)棧。也是存放各種native方法的局部變量表之類的信息。

還有一塊區(qū)域，是不是jvm的，通過(guò)NIO中的allocateDirect這種API，可以在jva堆外分配內(nèi)存空間，然后通過(guò)java虛擬機(jī)棧里的DirectByteBuffer來(lái)引用和操作堆外內(nèi)存空間。

總結(jié)

基本上jvm的核心內(nèi)存區(qū)域的功能都解釋清楚了，面試能回答到這一個(gè)地步應(yīng)該也能順利通過(guò)了。

我們需要重點(diǎn)關(guān)注的是方法區(qū)，程序計(jì)數(shù)器，java虛擬機(jī)棧和java堆內(nèi)存這些內(nèi)存區(qū)域的作用。

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