Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時(shí)間，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而一直存在，有些區(qū)域則是依賴用戶線程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷毀。

一、程序計(jì)數(shù)器（線程私有）

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。在Java虛擬機(jī)的概念模型里 [1] ，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，它是程序控制流的指示器，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。

由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過(guò)線程輪流切換、分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）都只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域?yàn)?ldquo;線程私有”的內(nèi)存。

二、java虛擬機(jī)棧（線程私有）

2.1、虛擬機(jī)棧

與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stack）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候，Java虛擬機(jī)都會(huì)同步創(chuàng)建一個(gè)棧幀 [1] （Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)連接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完畢的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。

“棧”通常就是指這里講的虛擬機(jī)棧，或者更多的情況下只是指虛擬機(jī)棧中局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯期可知的各種Java虛擬機(jī)基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對(duì)象引用（reference類型，它并不等同于對(duì)象本身，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能是指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或者其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。

這些數(shù)據(jù)類型在局部變量表中的存儲(chǔ)空間以局部變量槽（Slot）來(lái)表示，其中64位長(zhǎng)度的long和double類型的數(shù)據(jù)會(huì)占用兩個(gè)變量槽，其余的數(shù)據(jù)類型只占用一個(gè)。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，這個(gè)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(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。請(qǐng)讀者注意，這里說(shuō)的“大小”是指變量槽的數(shù)量，虛擬機(jī)真正使用多大的內(nèi)存空間（譬如按照1個(gè)變量槽占用32個(gè)比特、64個(gè)比特，或者更多）來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)變量槽，這是完全由具體的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)自行決定的事情。

2.2、棧相關(guān)測(cè)試

2.2.1、棧溢出

測(cè)試類：

如果某個(gè)線程的線程棧的內(nèi)存被耗盡，沒(méi)有足夠的內(nèi)存資源去創(chuàng)建棧幀，就會(huì)發(fā)生內(nèi)存溢出。

public class TestStack {
    public static void main(String[] args) {
        test();
    }
    public static void test(){
        test();
    }
}

結(jié)果：

上面這串代碼的執(zhí)行過(guò)程是：線程先執(zhí)行main方法，同時(shí)會(huì)創(chuàng)建main方法的棧幀插入到該線程的線程棧中，當(dāng)執(zhí)行到test()方法時(shí)，創(chuàng)建test()方法的棧幀插入到該線程的線程棧中，執(zhí)行到test()方法里的test()方法時(shí)，創(chuàng)建棧幀，插入到線程棧中，后面進(jìn)行不斷創(chuàng)建棧幀、入棧。當(dāng)創(chuàng)建一定數(shù)量的棧幀后，剩下的線程資源無(wú)法再創(chuàng)建新的棧幀就會(huì)報(bào)StackOverflowError異常（堆棧溢出異常）（當(dāng)前虛擬機(jī)棧不可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展）

如果Java虛擬機(jī)棧容量可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)棧擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

三、本地方法棧（線程私有）

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別只是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的本地（Native）方法服務(wù)。

四、java堆（線程共享）

Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，Java世界里“幾乎”所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。

Java堆是垃圾收集器管理的內(nèi)存區(qū)域，因此一些資料中它也被稱作“GC堆”（Garbage CollectedHeap）。從回收內(nèi)存的角度看，由于現(xiàn)代垃圾收集器大部分都是基于分代收集理論設(shè)計(jì)的，所以Java堆中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“新生代”“老年代”“永久代”“Eden空間”“From Survivor空間”“To Survivor空間”等名詞。

如果從分配內(nèi)存的角度看，所有線程共享的Java堆中可以劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)

（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升對(duì)象分配時(shí)的效率。不過(guò)無(wú)論從什么角度，無(wú)論如何劃分，都不會(huì)改變Java堆中存儲(chǔ)內(nèi)容的共性，無(wú)論是哪個(gè)區(qū)域，存儲(chǔ)的都只能是對(duì)象的實(shí)例，將Java堆細(xì)分的目的只是為了更好地回收內(nèi)存，或者更快地分配內(nèi)存。

Java堆既可以被實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過(guò)當(dāng)前主流的Java虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的（通過(guò)參數(shù)-Xmx和-Xms設(shè)定）。如果在Java堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，Java虛擬機(jī)將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

五、方法區(qū)（線程共享）

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。

如果方法區(qū)無(wú)法滿足新的內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

六、實(shí)例演示

1、基本數(shù)據(jù)類型

實(shí)體類

@Data
public class UserParam {

    /**
     * 用戶名
     */
    private String userName;
    /**
     * 密碼
     */
    private String password;
    /**
     * 昵稱
     */
    private String nickName;

    /**
     * 舊密碼
     */
    private String oldPassWord;

    /**
     * 新密碼
     */
    private String newPassWord;

}

測(cè)試

public class TestStack {
    public static void main(String[] args) {
        UserParam userParam=new UserParam();
        int b=1;
        test(userParam,b);
        test(userParam,b);
        System.out.println(userParam);
    }
    public static void test(UserParam userParam,int a){
        userParam.setUserName(String.valueOf(a));
        a=2;
    }
}

結(jié)果：

分析：

b變量是基本數(shù)據(jù)類型，創(chuàng)建完在棧幀中，沒(méi)有任何引用，參數(shù)也只是傳入值，方法中a改變對(duì)b沒(méi)有任何影響。

2、引用數(shù)據(jù)類型會(huì)根據(jù)傳入的引用數(shù)據(jù)的改變而改變

public class TestStack {
    public static void main(String[] args) {
        UserParam userParam=new UserParam();
        userParam.setNickName("張三");
        test(userParam);
        test(userParam);
        System.out.println(userParam);
    }
    public static void test(UserParam userParam){
        userParam.setUserName(userParam.getNickName());
        userParam.setNickName("李四");
    }
}

結(jié)果：

分析：

將對(duì)象作為參數(shù)傳入時(shí)，test方法中的對(duì)象也是指向同一片內(nèi)存區(qū)域，操作的是同一塊內(nèi)存，所以在test方法中改變屬性的值會(huì)影響外邊同一個(gè)對(duì)象內(nèi)的屬性值。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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