注：本文參考自周志明老師的著作《深入理解Java虛擬機（第3版）》，相關電子書可以關注WX公眾號，回復 001 獲取。

跨平臺性是 Java 語言的重要特性，而這一特性本質上就是通過 JVM 虛擬機來實現的。下面就來通過深入學習 JVM 來進一步增加我們對 Java 這門編程語言的了解吧！（個人建議，最好能買來這本書去讀一讀，是非常有幫助的，當然，在看這本書之前，為了方便理解相關概念名詞，可以先跟著某馬程序員的視頻課程大致過一遍 JVM 的內容體系：JVM 虛擬機基礎入門視頻教程，視頻教程的全套筆記）

1. 運行時數據區

Java與C++之間有一堵由內存動態分配和垃圾收集技術所圍成的高墻，墻外面的人想進去，墻里 面的人卻想出來 —— 摘自（深入理解 Java 虛擬）。

Java 虛擬機在執行 Java 程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區域。這些區域 有各自的用途，以及創建和銷毀的時間，有的區域隨著虛擬機進程的啟動而一直存在，有些區域則是依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。根據《Java虛擬機規范》的規定，Java虛擬機所管理的內存 將會包括以下幾個運行時數據區域，如下圖所示。

下面我們來逐個學習一下運行時數據區的 5 個部分。（注意：JVM 運行時數據區可不能等同于 JVM 內存模型，對于不太熟悉 JVM 的初學者，面試的時候很容易把這兩個概念搞混~）

1.1 程序計數器

程序計數器（線程私有），是一塊較小的內存空間，它可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。它的核心作用就是：用于存儲下一條所要執行的 JVM 指令的內存地址。

這里所說的線程私有，即不會出現并發安全問題，JVM 運行時數據區的 5 個部分中，只有 Java 堆、方法區是線程共享的，其他三個均為線程私有，后面還會提到這個知識點。

如下圖：

Java指令執行流程：

• 每一條二進制字節碼(JVM指令) 通過 解釋器 轉換成 機器碼 然后 就可以被 CPU 執行了！
• 當 解釋器 將一條jvm 指令轉換成 機器碼后 其會 向程序計數器 遞交 下一條 jvm 指令的執行地址！
• 程序計數器在硬件層面 其實是通過 寄存器 實現的！
• 所以程序計數器的作用就是：用于保存JVM中下一條所要執行的指令的地址！

1.2 虛擬機棧

與程序計數器一樣，虛擬機棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是J ava 方法執行的線程內存模型：每個方法被執行的時候，Java虛擬機都會同步創建一個棧幀（Stack Frame），棧幀包含如下幾個組成部分：

• 局部變量表：存放基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、 float、long、double）、對象引用（reference）等。這些數據類型在局部變量表中的存儲空間以局部變量槽（Slot）來表示，其中64位長度的 long 和 double 類型的數據會占用兩個變量槽，其余的數據類型只占用一個。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小（這里說的“大小”是指變量槽的數量）。
• 操作數棧：也可以稱之為表達式棧（Expression Stack），在方法執行過程中，根據字節碼指令，往棧中寫入數據或提取數據，即入棧（push）和 出棧（pop）。某些字節碼指令將值壓入操作數棧，其余的字節碼指令將操作數取出棧，使用它們后再把結果壓入棧，比如：執行復制、交換、求和等操作。操作數棧，主要用于保存計算過程的中間結果，同時作為計算過程中變量臨時的存儲空間。

• 動態連接
• 方法出口等信息

每個線程運行需要的內存空間，這一空間被稱為虛擬機棧(Frames)，每一個方法被調用直至執行完畢的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

每個棧由多個棧幀(Frame) 組成，對應著每個方法運行時所占用的內存，每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的方法，當方法執行時壓入棧，方法執行完畢后彈出棧。

如下圖：

1.3 本地方法棧

一些帶有native 關鍵字的方法就是需要JAVA去調用本地的C或者C++方法，因為JAVA有時候沒法直接和操作系統底層交互，所以需要用到本地方法！

如圖：

1.4 堆

堆是Java內存區域中一塊用來存放對象實例的區域【幾乎所有的對象實例都在這里分配內存】，Java 堆（Java Heap）是 Java 虛擬機所管理的內存中最大的一塊 Java 堆是被所有線程共享的一塊內存區域。

Java堆既可以被實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的Java虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過參數-Xmx和-Xms設定）。如果在Java堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，Java虛擬機將會拋出OutOfMemoryError異常。

• 內存中的對象都需要考慮線程安全問題。
• Java 堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC 堆”（Garbage）。
• -Xmx -Xms：JVM初始分配的堆內存由-Xms指定，64位的操作系統上，堆大小默認是物理內存的1/64。

1.5 方法區

方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等數據。

方法區只是一個抽象概念，其具體實現是通過以下 2 種方式：

• 永久代：JDK1.7版本之前。
• 元空間：JDK1.8版本之后。

永久代如下圖所示：

元空間如下圖所示：

由上圖可以看出，1.6版本方法區是由PermGen永久代實現(使用堆內存的一部分作為方法區)，且由JVM 管理，由Class ClassLoader 常量池(包括StringTable) 組成。

1.8 版本后，方法區交給本地內存管理，而脫離了JVM，由元空間實現(元空間不再使用堆的內存，而是使用本地內存,即操作系統的內存)，由Class ClassLoader 常量池(StringTable 被移到了Heap 堆中管理) 組成。

2. 面試題案例

• JVM面試題案例

后續會陸續更新，這本書的筆記記的差不多了，排版和格式需要花時間整理，文章都會同步到公眾號上，也歡迎大家通過公眾號加入我的交流qun互相討論jvm這塊的知識內容！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解JVM虚拟机读书笔记——运行时数据区的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。