JVM02：Native方法程序计数器方法区堆和栈

Posted 2021-04-17 人玉林风

Native方法

我们都知道，Java是无法开启线程的，必须调用C语言的库来开启线程，因为Java无法操作硬件。

只要带了native关键字，说明Java的作用范围达不到，只能去调用底层C语言的库。

Robot类提供了许多鼠标键盘操作的方法，这些方法都使用了native关键字，可以通过这个类实现一个简单的自动化脚本。

为什么会有Native方法？

早在1995年的时候，Java 必须可以去调用 c、c++的库，所以说Java就在内存中专门开辟了一块区域标记为 native 方法。 

程序计数器

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的。

程序计数器就是一块十分小的内存空间，几乎可以忽略不计。

作用：看做当前字节码执行的行号指示器。

分支、循环、跳转、异常处理都需要依赖于程序计数器来完成。

如上图所示，左侧是代码，右侧是对应的Java字节码，Code列就是程序计时器，冒号右边是底层的程序指令：

bipush：将 int、float、String、常量值推送至栈顶。

istore：将一个数值从操作数栈存储到局部变量表。

iadd：相加。

imul：相乘。

方法区渊源

方法区（Method Area ）是 Java虚拟机规范中定义的运行是数据区域之一，和堆（heap）一样可以在线程之间共享。

方法区主要用来存储类信息，常量，字符串、静态变量、符号引用、方法代码等。

JDK1.7之前

永久代：用于存储一些虚拟机加载类信息，常量，字符串、静态变量等，这些东西都会放到永久代中。

永久代大小空间是有限的，如果满了会报出异常：OutOfMemoryError：PermGen

JDK1.8之后

彻底将永久代移除HotSpot JVM ，虚拟机加载类信息，常量，字符串、静态变量等放到了堆中或者元空间（Metaspcace）。

元空间就是方法区在HotSpot JVM的实现。

元空间和永久代，都是对JVM规范中方法区的实现。

元空间和永久代最大的区别：元空间并不在Java虚拟机中，使用的是本地内存。

设置元空间大小的JVM参数：-XX:MetaspaceSize10m

栈

栈和队列

栈和队列都是基本的数据结构。

栈：后进先出（LIFO-last in first out），最后插入的元素最先出来。

队列：先进先出（FIFO-first in first out），最先插入的元素最先出来。

它们的结构如下图所示。程序运行的过程其实就是压栈的过程，栈空了，线程也就结束了。如下图所示。

什么是栈？

栈就是管理程序运行的，栈用来存储一些基本类型的值，局部变量，对象的引用，方法等。

栈的优势：存储速度比堆快，仅次于寄存器，栈的数据不可以共享。

当我们使用new关键字创建对象时，实际上是在堆中创建出了一个实例对象，然后在栈中创建该对象的引用，将引用指向堆中的实例对象。如下图所示。模拟栈溢出异常，代码如下：

package com.wunian.stack;

/**
 * StackOverflow 栈溢出
 */
public class StackOverflowDemo {

    public static void main(String[] args) {
        a();
    }

    //main a a a a a... 栈满
    //java.lang.StackOverflowError
    private static void a() {
        a();
    }
}

因此，栈里面是一定不会存在垃圾回收问题的，一旦线程结束，该栈也就结束了，栈的生命周期和线程是一致的。

栈的原理

Java栈的组成元素是栈帧。

每一次函数的调用，都会在调用栈上维护一个独立的栈帧（Stack Frame）。栈帧的结构如下图所示。栈、堆、和方法区的交互如下图所示。注：这里的栈指的是JVM版本为HotSpot中的栈。

常见的几种JVM

• HotSpot（SUN公司）

• JRockit（BEA公司）

• J9VM（IBM公司）

堆

一个JVM实例中只存在一个堆。堆的内存大小是可以调节的。堆可以存放类、方法、常量和保存了类型引用的真实信息。

堆在逻辑上分为三个部分：

• 新生区（Young），分为Eden区、Survivor区（s0、s1）

• 养老区（Old Tenure）

• 永久区（Perm）

在JDK1.8以后，永久区被元空间替代，在物理上只有新生区和养老区，元空间在本地内存中，不在JVM中。

GC垃圾回收主要是在新生区和养老区。

GC又分为普通GC和Full GC，如果堆满了，就会爆出OutOfMemory异常。

新生区

新生区就是一个类诞生、成长、消亡的地方。

新生区又分为伊甸（Eden）区、幸存者（Survivor）区。幸存者区又分为from区和to区。所有的类在伊甸区被new出来，慢慢的当伊甸区满了，程序还需要创建对象的时候，就会触发一次轻量级GC；清理完一次垃圾之后，会将活下来的对象，会放入幸存者区，清理了 20次之后，出现了一些极其顽强的对象，有些对象突破了15次的垃圾回收。这时候就会将这个对象送入养老区，运行了几个月之后，养老区满了，就会触发一次 Full GC。

假如一个项目运行1年后，整个堆空间彻彻底底的满了，突然有一天系统 爆出OOM异常，这时就需要排除OOM问题或者重启系统。

Sun HotSpot 虚拟机中，堆中的内存管理采用的是分代管理机制，即不同区域使用不同的算法。

在伊甸区99%的对象都是临时对象。

养老区

在新生区经过15次GC都幸存下来的对象进入养老区，养老区满了之后，会触发Full GC。这个15次是默认值，可以修改。

永久区

永久区存放的是一些JDK自身携带的类、接口的元数据。这里的对象几乎不会被垃圾回收。

如果系统爆出OutOfMemoryError：PermGen，说明永久代不够用了，可能原因是加载了大量的第三方包。

永久代在不同JDK版本中有差异：

• JDK1.6之前，有永久代，常量池在方法区。

• JDK1.7，有永久代，但是开始尝试去永久代，常量池在堆中。

• JDK1.8 之后，没有永久代，取而代之的是元空间；常量池在元空间中。

注：方法区和堆一样，是线程共享区域，是JVM规范中的一个逻辑的部分，它还有一个别名：非堆

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