JVM内存分配

一、JVM内存区的划分

运行一个程序后，JVM会把内存划分为几个大区：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区，以及一些辅助内存区如：运行时常量池、直接内存。各区域特点与作用如下：

1、程序计数器（PC Register）

每条线程有一个，保存当前执行的字节码行号。类似于 CPU 的指令计数器，用以保证线程切换后能回到原来的位置。

2、Java 虚拟机栈（JVM Stack）

每个线程有一个栈，里面一层层的是“栈帧”（方法调用时创建）。栈帧里存放局部变量表、操作数栈、动态链接信息、方法出口等。方法结束后，栈帧自动销毁。

所以：方法调用 = 压栈，方法返回 = 出栈。

3、本地方法栈（Native Method Stack）

专门给本地方法服务。比如 JNI 调用时会用到。

4、堆（Heap）

所有线程共享，几乎所有对象都在这里分配。GC 的主要工作区域。

堆区内部又进一步分代为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），关于新生代和老年代的知识曾在JVM的垃圾处理机制中详细介绍

5、方法区（Metaspace，JDK8+）

存储类元数据：类结构、常量池、静态变量、方法字节码。

JDK7 以前用 永久代（PermGen），JDK8 改为直接用本地内存的 Metaspace，避免 PermGen 容量不足。

6、运行时常量池

属于方法区的一部分，用于存放字符串常量、final 常量、符号引用等。

7、直接内存（Direct Memory）

不属于 JVM 管理，而是直接用操作系统内存，主要目的是减少堆到系统内核的复制，提高 IO 性能。

二、Java程序运行时JVM的动态过程

1、编译：将源代码编译成.class文件

2、类加载器：把 .class 加载到 方法区，解析符号引用。

3、运行时：

(1) 线程运行时从 PC 计数器 知道执行哪行。

(2) 方法调用会往 JVM栈 压栈。

(3) 遇到 new 就在 堆 上分配对象。

(4) 需要 JNI 就进 本地方法栈。

三、对象储存结构

在运行时，会将绝大多数new出来的对象存放到堆区中，方法区中只会存放类信息，但是不会存放对象的实例，而在栈区中，由于对象是一个引用数据类型，只会存放对象的对象引用（指针），而不会存放对象的实例。

在堆区中，对象又被分为了三个区：对象头，实例数据，对齐填充。

1、对象头：包含存放哈希码、GC信息、类状态等的Markword（通常8字节）和指向对象所属类的元数据（通常为4到8字节，取决于是否使用压缩指针），一般对象头需要12~16个字节。

2、实例数据：存放对象的字段

3、对齐填充：由于JVM 要求对象的大小必须为8字节的倍数，所以如果当前对象的大小不满足要求，就必须要补齐，这就是对齐填充

当被询问Object的内存大小时，要注意其询问的是Object本身还是对象的实例，如果Object本身，实际上就是指存在栈区的对象指针，如果问的是对象的实例，就要算堆区的相关数据的大小

四、JNI是什么

Java本地接口（JNI，Java Native Interface），是Java调用本地语言（如C++、Python）的代码的桥梁。由于Java是运行在JVM虚拟机中的，如果想要调用本地的代码如C/C++库，系统API，就需要使用到JNI。

但是使用JNI也有一系列的缺点，例如跨平台性差（因为不是编译成字节码在JVM跑的），安全性下降（如果JNI的代码崩溃，可能导致JVM跟着一起崩溃）等。

JNI相关的语法如下：

public class HelloJNI {public native void sayHello();  // 本地方法（没有实现）static {System.loadLibrary("hello"); // 加载本地库}
}

然后在C++或者别的语言中实现即可（这里使用C++示例）：

#include <jni.h>
#include <stdio.h>
#include "HelloJNI.h"JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloJNI_sayHello(JNIEnv *env, jobject thisObj) {printf("Hello from C!\n");
}

其中，native函数只是提示这里需要调本地方法，JVM会去对应的库中调用所有的对应的本地方法

五、JNI的调用过程

System.loadLibrary("hello");会让JVM去操作系统中加载一个动态链接库，这个库不会被放到 JVM 的方法区里，而是由操作系统的动态链接器把它加载到进程的本地内存空间。JVM 只是记下这个库，并在调用 native 方法时跳到对应的地址。

JNI运行时的调用过程如下：

1、Java 代码调用一个 native 方法。

2、JVM 发现这个方法没有 Java 字节码实现，于是切换到本地方法栈。

3、JVM 通过之前绑定的动态库地址，跳到对应的C/C++实现执行。

4、本地代码执行完毕后，返回结果，再切回 Java 栈。