JVM memory structure model

JVM memory structure model

JVM virtual machine consists of four parts:

• Class Loader: according to a specific format, loading the class files into memory

• Execution Engine: parsing bytecode file and submit it to the operating system execution

• Interface Native: Java native interface, integration of different language development of native libraries for Java used

• The Data Area Runtime: the JVM memory architecture model
  

JVM memory area

Thread-private
program counter PC, virtual machine stack, native method stacks

Thread sharing
method District, Heap, direct memory (non-run-time data area)

Thread private data area of the life cycle of the same thread, dependent on the user thread start / end and create / destroy (VM within Hotspot is available) , each thread is directly mapped to the local multithreaded operating system, so keep this memory area / No follow the thread of local life / death correspondence).

Threads share the region with the launch of the virtual machine on / off and create / destroy

Memory is not a direct part of the JVM run-time data area , but also frequently use: introduced in NIO JDK 1.4 provides a way Channel-based IO with Buffer, it can use the Native library directly allocated heap memory outside, then use DirectByteBuffer object as a reference to this memory operation, thus avoiding the Java heap and stack Native replicate data, thus in some scenarios can significantly improve performance.

The program counter PC

The program counter is a smaller memory space can be seen as an indicator byte-code line number of the current thread of execution.

另外，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是 Native 方法，则为空。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

虚拟机栈

是描述 java 方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量和部分过程的结果，栈帧由以下几部分组成：

• 局部变量表： 存储方法调用时传递的参数，从 0 号槽位开始存储 this、方法参数、局部变量

• 操作数栈： 执行中间操作，存储从局部变量表或对象实例字段复制的常量或变量值，以及操作结果，另外，还用来准备被调用方法的参数和接受方法调用的返回结果

• 动态链接： 一个指向运行时常量池的引用，将 class 文件中的符号引用（描述一个方法调用了其他方法或访问成员变量）转为直接引用

• 方法返回地址： 方法正常退出或抛出异常退出，返回方法被调用的位置

每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁 —— 无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

本地方法栈

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为 Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个 C 栈，但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

堆

创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法，因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为：新生代（Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区）和老年代。

方法区

用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

在 HotSpot 中方法区也被称为永久代（Permanent Generation），HotSpot VM 把 GC 分代收集扩展至方法区，即 使用 Java 堆的永久代来实现方法区，这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存，而不必为方法区开发专门的内存管理器（永久代的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载，因此收益一般很小）。

JDK 1.8 的时候，方法区（HotSpot 的永久代）被彻底移除了，取而代之是元空间，元空间使用的是直接内存。

运行时常量池

运行时常量池（Runtime Constant Pool） 是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

JAVA8 与元空间

在 Java8 中，永久代已经被移除，被元空间所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用直接内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入 native memory，字符串池和类的静态变量放入 java 堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由 MaxPermSize 控制，而由系统的实际可用空间来控制。

执行引擎

运行时数据区存储着要执行的字节码，执行引擎将会读取并逐个执行。

Interpreter - 解释器，它对字节码的解释很快，但执行慢，有个缺点是，当方法被多次调用时，每次都需要重新解释。

JIT Compiler- JIT 编译器， 解决了解释器的缺点，仍使用解释器来转换字节代码，但发现有代码重复执行时，会使用 JIT 编译器，将整个字节码编译成本地代码，将本地代码用于重复调用，从而提高系统的性能，有以下几部分组成：

• 中间代码生成器 - 生成中间代码

• 代码优化器 - 负责优化上面生成的中间代码

• 目标代码生成器 - 负责生成机器代码或本地代码

• Profiler - 一个特殊组件，负责查找热点，判断该方法是否被多次调用

Garbage Collector —— 垃圾收集器，收集和删除未引用的对象。

另外，还包括执行引擎所需的本地库（Native Method Libraries）和与其交互的 JNI 接口（Java Native Interface）。

参考 https://www.cnblogs.com/wskwbog/p/11349042.html