JVM2 - 内存管理1
JVM内存管理
在传统的C/C++开发中，我们经常通过使用申请内存的方式来创建对象或是存放某些数据，但是这样也带来了一些额外的问题，我们要在何时释放这些内存，怎么才能使得内存的使用最高效
因此，内存管理是一个非常严肃的问题。
比如我们就可以通过C语言动态申请内存，并用于存放数据：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(){
//动态申请4个int大小的内存空间
int* memory = malloc(sizeof(int) * 4);
//修改第一个int空间的值
memory[0] = 10;
//修改第二个int空间的值
memory[1] = 2;
//遍历内存区域中所有的值
for (int i = 0;i < 4;i++){
printf("%d ", memory[i]);
}
//释放指针所指向的内存区域
free(memory);
//最后将指针赋值为NULL
memory = NULL;
}
而在Java中，这种操作实际上是不允许的，Java只支持直接使用基本数据类型和对象类型
至于内存到底如何分配，并不是由我们来处理，而是JVM帮助我们进行控制
这样就帮助我们节省很多内存上的工作，虽然带来了很大的便利，但是，一旦出现内存问题，我们就无法像C/C++那样对所管理的内存进行合理地处理，因为所有的内存操作都是由JVM在进行
只有了解了JVM的内存管理机制，我们才能够在出现内存相关问题时找到解决方案
内存区域划分
内存区域一共分为5个区域
其中方法区和堆是所有线程共享的区域，随着虚拟机的创建而创建，虚拟机的结束而销毁
而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器都是线程之间相互隔离的
每个线程都有一个自己的区域，并且线程启动时会自动创建，结束之后会自动销毁。
内存划分完成之后，我们的JVM执行引擎和本地库接口，也就是Java程序开始运行之后就会根据分区合理地使用对应区域的内存了
大致划分
程序计数器
首先我们来介绍一下程序计数器，它和我们的传统8086 CPU中PC寄存器的工作差不多，因为JVM虚拟机目的就是实现物理机那样的程序执行。
在8086 CPU中，PC作为程序计数器，负责储存内存地址，该地址指向下一条即将执行的指令，每解释执行完一条指令，PC寄存器的值就会自动被更新为下一条指令的地址，进入下一个指令周期时，就会根据当前地址所指向的指令，进行执行。
而JVM中的程序计数器可以看做是当前线程所执行字节码的行号指示器
而行号正好就指的是某一条指令，字节码解释器在工作时也会改变这个值，来指定下一条即将执行的指令。
因为Java的多线程也是依靠时间片轮转算法进行的，因此一个CPU同一时间也只会处理一个线程，当某个线程的时间片消耗完成后，会自动切换到下一个线程继续执行
而当前线程的执行位置会被保存到当前线程的程序计数器中，当下次轮转到此线程时，又继续根据之前的执行位置继续向下执行。
程序计数器因为只需要记录很少的信息，所以只占用很少一部分内存。
虚拟机栈
虚拟机栈就是一个非常关键的部分，看名字就知道它是一个栈结构，每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（其实就是栈里面的一个元素）
栈帧组成
栈帧中包括了当前方法的一些信息，比如局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等
其中局部变量表就是我们方法中的局部变量，实际上局部变量表在class文件中就已经定义好了
操作数栈就是我们之前字节码执行时使用到的栈结构；
每个栈帧还保存了一个可以指向当前方法所在类的运行时常量池
目的是：当前方法中如果需要调用其他方法的时候，能够从运行时常量池中找到对应的符号引用，然后将符号引用转换为直接引用，然后就能直接调用对应方法，这就是动态链接
最后是方法出口，也就是方法该如何结束，是抛出异常还是正常返回
模拟分析
这里我们来模拟一下整个虚拟机栈的运作流程，我们先编写一个测试类：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
int res = a();
System.out.println(res);
}
public static int a(){
return b();
}
public static int b(){
return c();
}
public static int c(){
int a = 10;
int b = 20;
return a + b;
}
}
当我们的主方法执行后，会依次执行三个方法a() -> b() -> c() -> 返回，我们首先来观察一下反编译之后的结果：
{
public com.test.Main(); #这个是构造方法
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/test/Main;
public static void main(java.lang.String[]); #主方法
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=1
0: invokestatic #2 // Method a:()I
3: istore_1
4: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
7: iload_1
8: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
11: return
LineNumberTable:
line 5: 0
line 6: 4
line 7: 11
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 12 0 args [Ljava/lang/String;
4 8 1 res I
public static int a();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=0, args_size=0
0: invokestatic #5 // Method b:()I
3: ireturn
LineNumberTable:
line 10: 0
public static int b();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=1, locals=0, args_size=0
0: invokestatic #6 // Method c:()I
3: ireturn
LineNumberTable:
line 14: 0
public static int c();
descriptor: ()I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=2, args_size=0
0: bipush 10
2: istore_0
3: bipush 20
5: istore_1
6: iload_0
7: iload_1
8: iadd
9: ireturn
LineNumberTable:
line 18: 0
line 19: 3
line 20: 6
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
3 7 0 a I
6 4 1 b I
}
可以看到在编译之后，我们整个方法的最大操作数栈深度、局部变量表都是已经确定好的，当我们程序开始执行时，会根据这些信息封装为对应的栈帧，我们从main方法开始看起：
接着我们继续往下，到了0: invokestatic #2 // Method a:()I时，需要调用方法a()
这时当前方法就不会继续向下运行了，而是去执行方法a()，那么同样的，将此方法也入栈，注意是放入到栈顶位置，main方法的栈帧会被压下去
这时，进入方法a之后，又继而进入到方法b，最后在进入c，因此，到达方法c的时候，我们的虚拟机栈变成了：
现在我们依次执行方法c中的指令，最后返回a+b的结果，在方法c返回之后，也就代表方法c已经执行结束了，栈帧4会自动出栈，这时栈帧3就得到了上一栈帧返回的结果，并继续执行，但是由于紧接着马上就返回，所以继续重复栈帧4的操作，此时栈帧3也出栈并继续将结果交给下一个栈帧2，最后栈帧2再将结果返回给栈帧1，然后栈帧1就可以继续向下运行了，最后输出结果。
本地方法栈
本地方法栈与虚拟机栈作用差不多