JVM内存模型/内存空间:运行时数据区

JVM内存模型/内存空间是JVM管理内存的方式，它将JVM内存分为不同的数据区，每个数据区负责不同的功能。以下是JVM内存空间的详细解释和示例。

运行时数据区

JVM内存分为以下几个运行时数据区:

• 程序计数器（Program Counter Register）
• Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
• 本地方法栈（Native Method Stack）
• Java堆（Java Heap）
• 方法区（Method Area）

程序计数器

程序计数器是一块比较小的内存区域，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每个线程都有独立的程序计数器，互不干扰。当线程执行的是Java方法时，计数器记录的是Java虚拟机字节码的地址；当线程执行的是Native方法时，计数器值为空（undefined）。

示例：在以下代码中，程序计数器记录的是main方法所执行的字节码的行号。

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 1;
        int y = 2;
        int sum = x + y; // 该行字节码的行号为6
        System.out.println(sum);
    }
}

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的内存区域，它的生命周期与线程相同。每个Java方法都会创建一个栈帧，用于存储局部变量、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。当方法被调用时，它的栈帧入栈，方法执行完毕后栈帧出栈。

示例：在以下代码中，main方法和add方法各自创建了一个栈帧。

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        int x = 1;
        int y = 2;
        int sum = add(x, y); // add方法的栈帧入栈
        System.out.println(sum);
        // add方法的栈帧出栈
    }

    public static int add(int a, int b) {
        int sum = a + b; // 该行是add方法的局部变量
        return sum;
    }
}

本地方法栈

本地方法栈类似于Java虚拟机栈，但它为Native方法服务。与Java虚拟机栈类似，本地方法栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

示例：在以下代码中，通过JNI调用了C语言编写的Hello World程序，该程序在本地方法栈中执行。

public class Example {
    public native void printHelloWorld();

    public static void main(String[] args) {
        Example e = new Example();
        e.printHelloWorld(); // 调用本地方法
    }

    static {
        System.loadLibrary("hello"); // 加载动态链接库
    }
}

Java堆

Java堆是JVM中内存最大的一块，它被所有线程共享。Java堆在JVM启动时被创建，用于存放Java对象实例和数组。

示例：在以下代码中，数组arr就是在Java堆中分配的。

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[10];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = i + 1;
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

方法区

方法区也是线程共享的内存区域，它存放的是类信息、常量池、静态变量等数据。在HotSpot虚拟机中，方法区被称为永久代，它也是JVM内存最大的部分之一。

示例：在以下代码中，静态变量count存放在方法区中。

public class Example {
    private static int count = 0;

    public Example() {
        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Example e1 = new Example();
        Example e2 = new Example();
        System.out.println(Example.count); // 输出2
    }
}