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

一、程序計數(shù)器（線程私有）

程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在Java虛擬機的概念模型里 [1] ，字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(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、線程恢復等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。

由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換、分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內(nèi)核）都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存。

二、java虛擬機棧（線程私有）

2.1、虛擬機棧

與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stack）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型：每個方法被執(zhí)行的時候，Java虛擬機都會同步創(chuàng)建一個棧幀 [1] （Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接、方法出口等信息。每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完畢的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

“棧”通常就是指這里講的虛擬機棧，或者更多的情況下只是指虛擬機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虛擬機基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，它并不等同于對象本身，可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能是指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關(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空間以局部變量槽（Slot）來表示，其中64位長度的long和double類型的數(shù)據(jù)會占用兩個變量槽，其余的數(shù)據(jù)類型只占用一個。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個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，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。請讀者注意，這里說的“大小”是指變量槽的數(shù)量，虛擬機真正使用多大的內(nèi)存空間（譬如按照1個變量槽占用32個比特、64個比特，或者更多）來實現(xiàn)一個變量槽，這是完全由具體的虛擬機實現(xiàn)自行決定的事情。

2.2、棧相關(guān)測試

2.2.1、棧溢出

測試類：

如果某個線程的線程棧的內(nèi)存被耗盡，沒有足夠的內(nèi)存資源去創(chuàng)建棧幀，就會發(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)行過程是：線程先執(zhí)行main方法，同時會創(chuàng)建main方法的棧幀插入到該線程的線程棧中，當執(zhí)行到test()方法時，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，創(chuàng)建棧幀，插入到線程棧中，后面進行不斷創(chuàng)建棧幀、入棧。當創(chuàng)建一定數(shù)量的棧幀后，剩下的線程資源無法再創(chuàng)建新的棧幀就會報StackOverflowError異常（堆棧溢出異常）（當前虛擬機棧不可以動態(tài)擴展）

如果Java虛擬機棧容量可以動態(tài)擴展，當棧擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存會拋出OutOfMemoryError異常。

三、本地方法棧（線程私有）

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

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，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，Java世界里“幾乎”所有的對象實例都在這里分配內(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)計的，所以Java堆中經(jīng)常會出現(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線程私有的分配緩沖區(qū)

（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升對象分配時的效率。不過無論從什么角度，無論如何劃分，都不會改變Java堆中存儲內(nèi)容的共性，無論是哪個區(qū)域，存儲的都只能是對象的實例，將Java堆細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堆既可以被實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的Java虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的（通過參數(shù)-Xmx和-Xms設(shè)定）。如果在Java堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，Java虛擬機將會拋出OutOfMemoryError異常。

五、方法區(qū)（線程共享）

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

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

六、實例演示

1、基本數(shù)據(jù)類型

實體類

@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，沒有任何引用，參數(shù)也只是傳入值，方法中a改變對b沒有任何影響。

2、引用數(shù)據(jù)類型會根據(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：

將對象作為參數(shù)傳入時，test方法中的對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影響外邊同一個對象內(nèi)的屬性值。

總結(jié)

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

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