JVM 中的内存区域划分

JVM 在运行我们写好的代码时，他是需要使用多块内存空间的，不同的内存空间用来存放不同的数据，配合我们写好的代码流程，才能让我们的系统运行起来，让我们看看下面这张图

首先，一定有一块内存区域用来存放加载的类信息

其次，代码运行起来时，执行的方法中可能有很多变量之类的东西，也是需要存在某个内存区域里的

接着，如果我们写的代码里创建了一些对象，这些对象也是需要内存空间来存放的

为了我们写好的代码在运行过程中根据需要来使用，所以 JVM 中需要划分出来不同的内存区域

存放类的方法区

方法区是在 JDK1.8 以前的版本中，代表 JVM 中的一块区域，主要存放从 .class 文件中加载进来的类，还有一些类似常量池的东西

JDK1.8 之后，这块区域的名字改成了 Metaspace，可以认为是 元数据空间 的意思，主要还是存放我们写的各种类相关的信息，如下图所示

执行代码指令用的程序计数器

我们写的代码经过编译之后变成 .class 后缀的字节码文件，字节码是计算机可以理解的一种语言，看起来像下面这样

public OrderServiceImpl();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                 
       4: aload_0
       5: invokestatic  #2                 
       8: putfield      #3         
      11: return

像 0: aload_0 这样的就是字节码指令，对应着一条一条的机器指令，计算机读到这种机器码指令，才知道具体要做什么

当 JVM 加载类信息到内存之后，就会使用自己的字节码执行引擎去执行编译出来的字节码指令

在执行代码指令的时候，JVM 里就需要一个特殊的内存区域，那就是程序计数器

程序计数器就是用来记录当前执行的字节码指令的位置，也就是记录目前执行到了哪一条字节码指令

JVM 是支持多个线程的，因此每个线程都会有自己的程序计数器，用来记录当前这个线程执行到了哪一条代码指令了，如下图

Java 虚拟机栈

Java 代码在执行的时候，是线程来执行某个方法中的代码的

main 线程执行 main() 方法代码指令的时候，会通过 main 线程对应的程序计数器记录自己执行的指令位置

public class Order {

    public static void main(String[] args) {
        MqManager mqManager = new MqManager();
        mqManager.loadMessageFromDisk();
    }
}

在方法中，我们经常会定义一些方法内的局部变量，比如在上面的 main() 方法中，就有一个 mqManager 局部变量，他是引用了一个 MqManager 实例对象

因此，JVM 必须有一块内存区域是用来保存每个方法内局部变量等数据的，这个区域就是 Java虚拟机栈

每个线程都有自己的 Java虚拟机栈，用来存放自己执行的方法的局部变量

如果线程执行了一个方法，就会对这个方法调用创建对应的一个栈帧，栈帧里面就有这个方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等东西，在这里我们先不关注这些，我们先关注局部变量

比如 main 线程执行了 main() 方法，那么就会给这个 main() 方法创建一个栈帧，压入 main 线程的 Java虚拟机栈，同时在 main() 方法的栈帧里，会存放对应的 mqManager 局部变量，如下图所示

假设 main 线程继续执行 MqManager 对象里的方法，像下面这样，loadMessageFromDisk 方法里定义了一个局部变量 hasFinishedLoad

public class MqManager {

    public void loadMessageFromDisk() {
        Boolean hasFinishedLoad = false;
    }
}

那么 main 线程在执行上面的 loadMessageFromDisk 方法时，就会为 loadMessageFromDisk 方法创建一个栈帧压入线程自己的 Java虚拟机栈 里去，并且在这个栈帧的局部变量表里有 hasFinishedLoad 这个局部变量，如下图所示

接着如果 loadMessageFromDisk 方法调用了另外一个 isLocalDataCorrupt 方法，这个方法中也有自己的局部变量

public class MqManager {

    public void loadMessageFromDisk() {
        Boolean hasFinishedLoad = false;
        isLocalDataCorrupt();
    }
    
    public Boolean isLocalDataCorrupt() {
        Boolean isCorrupt = false;
        return isCorrupt;
    }
}

这个时候会给 isLocalDataCorrupt 方法又创建一个栈帧，压入线程的 Java虚拟机栈 里，并且在这个栈帧的局部变量表里有 isCorrupt 这个局部变量，如下图所示

接着如果 isLocalDataCorrupt 方法执行完毕了，就会把 isLocalDataCorrupt 方法对应的栈帧从 Java虚拟机栈 里给出栈

然后如果 loadMessageFromDisk 方法也执行完毕了，就会把 loadMessageFromDisk 方法也从 Java虚拟机栈 里出栈

上述就是 JVM 中 Java虚拟机栈 这个组件的作用了：调用执行任何方法时，都会给方法创建栈帧然后入栈

在栈帧里存放这个方法对应的局部变量之类的数据，包括这个方法执行的其他相关信息，方法执行完毕之后就出栈

每个线程在执行代码时，除了程序计数器外，还搭配了一个 Java虚拟机栈 内存区域来存放每个方法中的局部变量表

Java 堆内存

我们在代码中创建的各种对象就是存放在 Java堆内存 中的，是 JVM 中一个非常关键的区域

public class Order {

    public static void main(String[] args) {
        MqManager mqManager = new MqManager();
    }
}

public class MqManager {

    private String MqName;
}

上面的 new MqManager() 这个代码是创建了一个 MqManager 类的对象实例，这个对象实例包含了一些数据，类似 MqManager 这样的对象实例，就是存放在 Java堆内存 中的

相应的，main() 方法对应的栈帧的局部变量表里，会让一个引用类型的 mqManager 局部变量来存放 MqManager 对象的地址，可以理解为局部变量表里的 mqManager 指向了 Java堆内存 里的 MqManager 对象

核心内存区域总结

为了有个更清晰的认识，我们来梳理一下整体的流程，整体代码和图如下

public class Order {

    public static void main(String[] args) {
        MqManager mqManager = new MqManager();
        mqManager.loadMessageFromDisk();
    }
}

public class MqManager {

    private String MqName;

    public void loadMessageFromDisk() {
        Boolean hasFinishedLoad = false;
        isLocalDataCorrupt();
    }

    public Boolean isLocalDataCorrupt() {
        Boolean isCorrupt = false;
        return isCorrupt;
    }
}

• 1、JVM 进程启动，加载 Order 类到内存中，然后有一个 mian 线程，执行 Order 中的 main() 方法

• 2、main 线程关联一个程序计数器，记录代码指令执行的位置。并且 main 线程关联的 Java虚拟机栈 中会压入一个 main() 方法的栈帧

• 3、接着执行到创建 MqManager 类的实例对象，此时会加载 MqManager 类到内存中

• 4、创建一个 MqManager 类的实例对象分配在 Java堆内存 中，并且在 main() 方法的栈帧里的局部变量表中引入一个 mqManager 变量，让他引用 MqManager 对象在 Java堆内存 中的地址

• 5、main 线程开始执行 MqManager 对象中的方法，依次把自己执行到的方法对应的栈帧压入自己的 Java虚拟机栈

• 6、执行完方法之后再把对应的栈帧从 Java虚拟机栈 中出栈

其他内存区域

在 JDK 很多底层 API 里，比如 IO、NIO、网络Socket 相关的，他内部的源码很多地方不是 Java 代码，而是 native 方法去调用操作系统的一些方法，可能是调用的 C 语言写的方法或者一些底层类库

在调用这种 native 方法的时候，都会有线程对应的本地方法栈，与 Java虚拟机栈 类似，也是存放各种 native 方法局部变量表之类的信息

还有一个不属于 JVM 区域的，通过 NIO 中的 allocateDirect 这种 API，可以在 Java 堆外分配内存空间，然后通过 Java虚拟机 里的 DirectByteBuffer 来引用和操作堆外存空间。很多技术都会使用这种方式，一些场景下，堆外内存分配可以提升性能

思考环节

1、在 Java 堆内存中分配的那些对象，会占用多少内存呢？一般如何计算和估算系统创建的对象内存占用压力呢？

一个对象对内存空间的占用，大致分为两块：

• 1、对象自己本身的信息

• 2、对象的实力变量作为数据占用的空间

比如对象头，如果在 64 位的 linux 操作系统上，会占用 16 字节，如果实例对象内部有 int 类型的实例变量，会占用 4 个字节，如果是 long 类型的实例变量，会占用 8 个字节。如果是数组、Map 之类的，就会占用更多的内存了

JVM 对这块有很多优化的地方，比如补齐机制、指针压缩机制