一文读懂系列－JVM内存区域
最近和朋友聊天说现在怎么来面试的同学基本功都很差，很多基本的问题都答不上来，所以准备继续更新一文读懂系列，介绍一些大家听过但是深入确不了解的内容，本文主要介绍下JVM的内存区域方面的东西。我们都知道JVM在运行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为多个不同用途的数据区。
从线程共享方面又可以分为线程隔离类的内存区域和线程共享的内存区域，下图为总的JVM内存区域图，接下来我们分别介绍下各个区域保存的内容。
线程隔离
对于线程隔离的内存区域可以理解为是jvm中每个独立的线程这些区域都是独享的，互相不会干扰，自然也就不存在线程安全的问题，这些区域包括程序计数器、java虚拟机栈、本地native方法栈，他们的生命周期和线程一致，下面详细介绍下这三部分内容。
程序计数器
程序计数器在jvm中占用的空间非常小，它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器就是通过程序计数器中的行号指示来执行下一条字节码来执行。因为jvm的多线程是通过轮流切换来分配cpu的执行时间，当切换到下一条线程的时候，线程要能知道当前要执行的字节码位置，这就要求每条线程都要有一个自己的程序计数器，独立存储待执行的虚拟机字节码指令的地址。
Java虚拟机栈
虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧涌来保存当前执行方法的局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等。每个方法被调用和执行完成的过程对应着一个栈帧在虚拟机栈从入栈到出栈的过程。
局部变量表，保存了编译期间已经的各种基础数据类型（int、double、boolean等）、对象引用（一般指堆中的引用内存地址），局部变量表需要的内存在编译期间就完成了内存分配。
本地Native方法栈
本地native方法栈和虚拟机栈功能类似，唯一的区别是native方法栈的使用对象是native方法，在jdk中有一些方法是native方法并不是java方法，native方法被执行的时候就要用到native方法栈。
共享区
上面介绍了jvm中的线程隔离独享区域，下面就介绍下jvm中各个线程共享的区域，共享区域也是jvm中比较复杂的共享区域，我们日常开发中遇到的问题大部分也都是发生在共享区，包括我们常见的OOM也是大概率发生在共享区，共享区包含了Java堆、方法区、运行时常量池，下面我们就分别介绍下这几个区域。
Java堆
终于说到堆了，java堆应该是我们对jvm的最初认识，很多同学对jvm内存管理都只知道有个堆和栈，栈就是我们上面介绍的线程栈，堆在大部分的同学思维里就是分配java对象实例的内存区域，但是再深入就说不清了。java堆是jvm中内存区域中最大的一块区域，java堆是被所有线程共享的区域，在虚拟机启动的时候创建，此内存区域确实是用于存放对象实例的，但是从GC的角度来说在堆中又分为了新生代（新生代区域主要用来保存新生的对象）、老年代（老年代用于存放生命周期较长的内存对象），新生代中又分为了Eden、Survior区域，划分这些区域无非是为了让GC在回收新生代内存的时候能够更方便，新生代和老年代这样划分的目的也是为了方便GC做分代内存回收，这样能够更高效率的回收内存。堆的大小一般是通过-Xmx和-Xms来控制大小，如果堆的空间已经到最大值无法再扩展的时候会抛出OutOfMemoryError。
方法区
方法区一样是jvm中所有线程共享的区域，方法区用来保存类信息、常量、静态变量等数据，也有一些书里将方法区称为永久态，永久存在不被GC回收。该区域一般GC很少参与，偶尔会存在对不使用的常量进行内存回收，对于一些卸载的类进行资源回收，因为这些数据占用内存本来就比较少，所以GC的回收效果也非常的一般。
运行时常量池
运行时常量池属于方法区的一部分，class文件中除了有版本、类字段、方法、接口等信息还有常量池用来存放编译生成的final变量值、类名、方法名还有符号引用，符号引用包涵类、接口的全限定名（类和接口的全路径）、字段名称、方法名称等。
实例讲解
public static void main(String[] args) {
int a = 10;
Apple a1 = new Apple(5, 10);
AppleService appleService = new AppleService();
appleService.setData(a);
appleService.changeApple(a1);
}
..................................
AppleService.java
private void setData(int i){
i = 20;
}
private void changeApple(Apple b){
b = new Apple(6, 15);
}
- main()方法中三句变量定义完成后的jvm内存数据情况如下图：
int a = 10;
Apple a1 = new Apple(5, 10);
AppleService appleService = new AppleService();
从图中我们可以清楚的看到，这时涉及到3部分jvm内存区域，虚拟机栈中在线程1的私有区中保存了一个main方法的栈帧，在main方法的栈帧中保存了a1、appleService的引用地址，因为a为int基础类型，所以直接将数据保存在了栈帧中，在栈帧中只有java的基础类型是将数据直接保存进去，其它类型都是只保存一个引用地址，通过这个地址可以在堆中找到真实的对象实例，在栈帧中保存的单位都slot，一个slot为32位，这就意味着除了double和long这样占用64位的数据需要2个slot，其它的基础类型和实例引用地址都只占用1个slot。从图中我们也能够看到在堆中保存的对象实例，每个实例除了实例中的数据外还保存了对象类型指针地址，这个类型指针地址是用来指向方法区中定义的每个类型的基础类型数据，基础类型数据包含了这个类的父类、接口、方法等数据，这样巧妙的设计就将每个对象中一样的部分给抽象出来放到了方法区，让同一个类的所有对象都指向同一个类型方法区。
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2）执行完appleService.setData(a); 后内存区域如下图：
该句执行后，是将a的值10赋值给了setData（）方法的入参局部变量i，所以这时栈中在栈顶插入了一个新的栈帧setData方法，栈帧中保存了局部变量i，值为10。
3）执行setData（）方法中的语句i = 20; 后可以发现栈中i的值变为20
4）setData（）方法执行完毕后，setData（）方法将从栈帧中弹出删除。
5）执行完main方法中的appleService.changeApple(a1); 语句后，内存状态如下图：
可以看到在栈帧中新增了一条changePrice方法的栈帧，并且形参b的引用地址被赋值为a1的引用地址，这时b和a1指向了堆中通一个实例。
- 当执行完changePrice（）方法中的
b = new Apple(6, 15);语句后内存区域发生了变化，我们发现在堆中新增了一个内存区域，这块堆内存是由new Apple语句新申请的，并且changePrice的局部变量b引用地址改为指向了这个新申请的内存区域。
总结
通过第一部分的JVM内存区域介绍和后面的一个详细的实例讲解，大家是不是能够清除的了解java内存区域分为哪些，分别保存什么内容，在语句执行的时候各个内存区域又是如何变化的，其实实例部分只讲解了内存的分配，没有详细讲解GC如何回收内存，因为GC也是一个比较复杂的内容，准备下一篇单独讲解。
