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PC寄存器(Program counter Register)
JVM的程序计数器并非广义上的PC寄存器, 而是物理PC寄存器的抽象模拟(不同虚拟机实现方法可能不同),字节码的解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令, 分支,循环,跳转,异常处理,县城恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的, 在任何一个确定的时刻,一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)都会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响, 独立存储-
特点:
- 是PC寄存器的抽象模拟,一块很小的内存空间, 也是运行速度最快的存储区域
- 在JVM规范中,每个线程都有私有的程序计数器,生命周期和线程一致
- 线程正在被执行的指令称为当前方法, 程序计数器会存储当前jvm指令地址,如果是native方法,则指向undefined
- 唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域
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特点:
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JAVA虚拟机栈
首先明确的是JAVA 虚拟机栈是线程私有的,生命周期与线程相同。 其次, 虚拟机栈描述的是Java方法的执行, 每个方法的执行的同时都会创建一个栈帧 (Stack Frame)用于存储局部变量表, 操作数栈, 动态链接, 方法出口等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程, 就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈过程
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栈帧信息
- 局部变量表(Local Variable Table): 每个栈帧中都包含一组称为局部变量表的变量列表,用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量
- 操作数栈：操作数栈是一个先入后出栈, 方法执行操作在操作数栈中完成,每个字节码指令往操作数栈进行写入和提取的过程,就是入栈和出栈
- 动态连接： 每个栈帧都包含了一个指向运行时常量池(jvm运行时数据区域)中该栈帧所属行方法的应用,持有这个应用是为了支持方法调用过程中的动态链接
- 方法返回地址：本质上,方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时,需要恢复上层方法的局部变量表,操作数栈,将返回值压入调用者方法继续执行下去
- 在 Java 虚拟机规范中，在这个虚拟机栈定义了两种异常状况：
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度, 将抛出StackOverflowError异常
- 如果虚拟机可以动态扩展, 如果扩展时无法申请到足够的内存,抛出OutOfMemoryError(OOM)异常
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本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的, 它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行JAVA方法服务,而本地方法为虚拟机使用到的native方法服务。在虚拟机规范中对本地方法栈中使用用的语言,使用的方式和数据结构并没有强制规定,因此具体实现由虚拟机系统而定。本地方法栈也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常
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方法区
类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的类信息和编译期编译的代码存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还可能会存放运行时的常量池信息，包括字符串字面值和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）
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JAVA堆
java堆在虚拟机启动的时候建立，它是java程序最主要的内存工作区域。几乎所有的java对象实例都存放在java堆中，堆空间是所有线程共享的，这是一块与java应用密切相关的内存空间
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直接内存
java的NIO库允许java程序使用直接内存。直接内存时在java堆外的、直接向系统申请的内存空间。允许访问直接内存的速度会优于java堆，因此处于性能的考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。由于直接内存在java堆外，因此他的大小不会直接受限于Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存
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垃圾回收系统
垃圾回收系统是java虚拟机的重要组成部分，java回收器可以对 方法区、java堆和 直接内存 进行回收。其中，java堆是垃圾收集器的工作重点。和C/C++不同，java中所有对象空间释放都是隐式的，也就是说，java中没有类似free()或者delete()。这样的函数释放指定的内存区域。对于不再使用的垃圾对象，垃圾回收系统会在后台默默工作，默默查找、标识并释放垃圾对象，完成包括java堆、方法区和直接内存中的全自动化管理
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执行引擎
执行引擎是java虚拟机的最核心组件之一，它负责执行虚拟机的字节码，现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译（just in time，JIT）技术将方法编译成机器码后再执行
