JVM内存结构和常量池

Posted 2022-04-15 zhangsonglin

1.虚拟机的构成

虚拟结主要由运行时数据区、执行引擎、类加载器三者构成，我们所说的JVM内存模型指的就是运行时数据区。

2.运行时数据区组成和各个区域的作用

运行时数据区可以分为线程共享和线程不共享两部分，其中堆内存和方法区线程共享，本地方法栈、虚拟机栈、程序计数器线程不共享。

2.1.程序计数器

程序计数器（Program Counter Register），也有称作为PC寄存器。想必学过汇编语言的朋友对程序计数器这个概念并不陌生，在汇编语言中，程序计数器是指CPU中的寄存器，它保存的是程序当前执行的指令的地址（也可以说保存下一条指令的所在存储单元的地址），当CPU需要执行指令时，需要从程序计数器中得到当前需要执行的指令所在存储单元的地址，然后根据得到的地址获取到指令，在得到指令之后，程序计数器便自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址，如此循环，直至执行完所有的指令。

2.2虚拟机栈

虚拟机栈也叫java栈，栈中存储的是帧栈，每一个方法对应一个帧栈，方法执行完毕后进行弹栈，让出栈内存，帧栈中存储着方法中定义的变量，如果是基本数据类型，就在栈中进行值的存储，如果是引用数据类型，存储的是引用指向对象的地址。
虚拟机栈也叫栈内存，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束，该栈就 Over，所以不存在垃圾回收。也有一些资料翻译成JAVA方法栈，大概是因为它所描述的是java方法执行的内存模型，每个方法执行的同时创建帧栈（Strack Frame）用于存储局部变量表（包含了对应的方法参数和局部变量），操作栈（Operand Stack，记录出栈、入栈的操作），动态链接、方法出口等信息，每个方法被调用直到执行完毕的过程，对应这帧栈在虚拟机栈的入栈和出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象的引用（reference类型，不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄或者其他与对象相关的位置）和 returnAdress类型（指向下一条字节码指令的地址）。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法在运行之前，该局部变量表所需要的内存空间是固定的，运行期间也不会改变。（我们常常指的栈就是这个虚拟机栈）

2.3本地方法栈

和虚拟机栈功能相似，不过本地方法栈存储针对本地方法。

2.4堆内存

堆内存主要用来存储被创建的对象，一个类new出一个对象，会在堆中开辟内存空间，并在栈中存储一个引用，存储着对象在堆中的地址。堆内存中的对象存储着自己的成员变量，并不保存对象的方法，方法被保存在帧栈中，堆内存也称为gc堆，是主要用来进行垃圾回收的内存。

2.5方法区

方法区是一个非常重要的区域，也是被线程共享的区域，方法区存储了每个类的信息(类的名称、方法信息、字段信息)，静态变量、常量以及编译后的代码等。
方法区还包括一个常量池，用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。这部分内容在类被加载后，都会存储到方法区中的RCP。值得注意的是，运行时产生的新常量也可以被放入常量池中，比如 String 类中的 intern() 方法产生的常量。
理解：

Public static final MAX_I = 100;// 字面量
Public final User user = new user(“zsl”);// 符号引用
//字面量和符号引用是在编译期间生成的
//这部分内容在class文件中的class文学常量池中在类被加载后，都会存储到方法区中的运行时常量池(RCP)

常量池就是这个类型用到的常量的一个有序集合。包括直接常量(基本类型，String)和对其他类型、方法、字段的符号引用.

3.常量池的使用

3.1什么是常量？

常量值又称为字面常量，它是通过数据直接表示的。
常量不同于常量值，它可以自定义。
在定义常量时就需要对该常量进行初始化。
? final 关键字不仅可以用来修饰基本数据类型的常量，还可以用来修饰对象的引用或者方法。
? 为了与变量区别，常量取名一般都用大写字符。
? 当常量被设定后，一般情况下不允许再进行更改，如果更改其值将提示错误。
?自定义常量是指被final修饰的变量，值一旦确定就无法改变。
? final可以修饰静态变量、实例变量和局部变量。
3.2Clss文件中的常量池

常量池主要用来存放两大类常量：字面量和符号引用量，字面量相当于Java语言的常量，如文本字符串，声明为final的常量等，符号引用包括以下三种
1.类和接口的全限定名
2.字段名称和描述符
3.方法名称和描述符
3.3方法区中的运行常量池
class文件中的常量池中的内容会在类加载后进入方法区的运行时常量池。相对于常量池，运行时常量池的重要特征是具有动态性，java并不要求常量只有在编译器才会产生，运行期间也可以将新的常量存放入池中，这种特性用的最多的String类中的intern()方法。
举个例子来说明：“java并不要求常量只有在编译器才会产生，运行期间也可以将新的常量存放入池中，这种特性用的最多的String类中的intern()方法。”

eg：
String s1 = "zzz";  

String ss1 = new String("zzz");  

对于引用数据类型，s是引用存在栈内存中的,而new 对象的对象是存在堆内存中的，而"zzz"，
会先去常量池中查找是否已经有了”zzz”对象，如果没有则在常量池中创建一个此字符串对象，然后堆中再创建一个常量池中此”zzz”对象的拷贝对象。
3.4常量池的作用和==号的意义
常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象造成系统性能的浪费，实现了对象的共享。
==号比较基本数据类型，就是比值，比较引用数据类型比较的是内存中存放的地址。

3.5常量池的应用
对于byte、short、long、char、boolean对应的包装器类都有对应的常量池，这五种包装器类默认创建在-128到127的对象会存放在在缓存中。
对于两种浮点数没有实现常量池技术。

那么这些包装器的缓存范围是多少了？
Integer (-128~127缓存)
Boolean： (全部缓存)
Byte： (全部缓存)
Character ( <=127 缓存)
Short (-128~127 缓存)
Long (-128~127 缓存)
Float (没有缓存)
Doulbe (没有缓存)
举例说明：

public class ZhuangXaing 
public static void main(String[] args) 
Integer i= new Integer(12);

    Integer j=12;

    Integer k=Integer.valueOf(12);

    Integer l= new Integer(232);

    Integer m=232;

    Integer n=232;  
    Double  q = 232.0;


    System.out.println("use ==.......");    
    System.out.println(i==12);
    System.out.println(i==j);
    System.out.println(j==k);
    System.out.println(l==232);
    System.out.println(l==m);
    System.out.println(m==n);
    System.out.println("use equals.....");

    System.out.println(m.equals(n));

    System.out.println(m.equals(q));

输出结果:

use ==…

true

false

true

true

false

false

use equals…

true

false

Integer i= new Integer(12); 是指明了在堆内存中创建对象；
Integer j=12; 是自动装箱，调用valueOf 方法，返回return IntegerCache.cache[12 + 128]， 得到的是Integer 缓冲池中的对象。Integer k=Integer.valueOf(12); 与Integer j=12; 本质上相同，指向缓冲池中同一对象。包装对象与数值比较，自动拆箱。
而对于大于127 的数值，执行的都是return new Integer(i) 都在堆内存中，但是地址不同。

3.6 String类和常量池

String str1="abc";
String str2=new String("abc");
System.out.println(str1==str2);
结果为false；
String str1="abc";
str1引用会先去常量池中查找”abc”对象，如果没有则在常量池中创建一个此字符串对象，然后堆中再创建一个常量池中此”abc”对象的拷贝对象。==比的是地址，这里String str2=new String("abc");进行了new 对象，所以对象指向的引用不同了，地址也不同了，所以为false;