Java虛擬機內存管理

為了更好的理解上面的程序，先來看看java虛擬機是如何管理它的內存的，請看下圖：

圖9-2：java虛擬機內存管理

● 程序計數器：

概念：可以看做當前線程所執行的字節碼的行號指示器。

特點：線程私有的內存

● java虛擬機棧（重點）：

概念：描述的是java方法執行的內存模型。（每個方法在執行的時候會創建一個棧幀，用于存儲局部變量表，操作數棧，動態鏈接，方法出口等信息。每個方法從調用直至完成的過程，就對應一個棧幀從入棧到出棧的過程。）

特點：線程私有，生命周期和線程相同。這個區域會出現兩種異常：StackOverflowError異常：若線程請求的深度大于虛擬機所允許的深度。OutOfMemoryError異常：若虛擬機可以動態擴展，如果擴展是無法申請到足夠的內存。

● 本地方法棧：

概念：它與虛擬機棧所發揮的作用是相似的，區別是java虛擬機棧為執行java方法服務，而本地方法棧是為本地方法服務。

特點：線程私有，也會拋出兩類異常：StackOverflowError和OutOfMemoryError。

● java堆（重點）：

概念：是被所有線程共享的一塊區域，在虛擬機啟動時創建。

特點：線程共享，存放的是對象實例（所有的對象實例和數組），GC管

理的主要區域?？梢蕴幱谖锢砩喜贿B續的內存空間。

● 方法區（重點）：

概念：存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量，即時編譯器編譯后的代碼等數據。

特點：線程共享的區域，拋出異常OutOfMemory異常：當方法區無法滿足內存分配需求的時候。

以上所描述內容，有看得懂的，也有看不懂的，例如：線程、本地方法等，這個需要大家在學習后面內容之后，返回來再看一看，那個時候你就全部明白了。針對于目前來說，大家必須要知道java虛擬機有三塊主要的內存空間，分別是“虛擬機棧（后面簡稱棧）”、“方法區”、“堆區”，方法區存儲類的信息，棧中存儲方法執行時的棧幀以及局部變量，堆區中主要存儲new出來的對象，以及對象內部的實例變量。其中垃圾回收器主要針對的是堆內存，方法區中最先有數據，因為程序執行之前會先進行類加載。棧內存活動最頻繁，因為方法不斷的執行并結束，不斷的進行壓棧彈棧操作。將目前階段需要掌握的內存空間使用一張簡單的圖表示出來，這個圖是大家需要掌握的：

圖9-3：java虛擬機內存管理簡圖

大概了解了java虛擬機內存分配之后，來看看以下代碼在執行過程中，內存是如何變化的：

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		int i = 10;
		Student s1 = new Student();
	}
}

以上代碼在執行過程中內存的變化如下圖所示：

圖9-4：第一步進行類加載

圖9-5：第二步main方法調用，給main方法分配棧幀（壓棧）

圖9-6：第三步執行int i = 10，局部變量

圖9-7：第四步執行new Student()，在堆中創建對象，同時初始化實例變量

圖9-8：第五步將堆區中學生對象的內存地址賦值給局部變量s1

注意：上圖所描述內存圖有些地方為了幫助大家更好的理解，有些位置畫的不是很精確，隨著后面內容的學習我們再進一步修改，目前上圖已經夠大家用了。

上圖中i變量和s1變量都是局部變量，都在棧內存當中，只不過i變量是基本數據類型int，而s1變量是引用數據類型Student。

上圖中堆區當中的稱為“對象”，該“對象”內部no、name、age、sex都是實例變量/屬性，這些變量在new對象的時候初始化，如果沒有手動賦值，系統會賦默認值。

上圖堆區中“對象”創建完成之后，該對象在堆區當中的內存地址是：0x1111，程序中的“=”將0x1111這個堆內存地址賦值給s1變量，也就是說s1變量保存了堆內存對象的內存地址，我們對于這種變量有一種特殊的稱呼，叫做“引用”。也就是說對于Student s1 = new Student()代碼來說，s1不是對象，是一個引用，對象實際上是在堆區當中，s1變量持有這個對象的內存地址。

java中沒有指針的概念（指針是C語言當中的機制），所以java程序員沒有權利直接操作堆內存，只能通過“引用”去訪問堆內存中的對象，例如：s1.no、s1.name、s1.sex、s1.age。訪問一個對象的內存，其實就是訪問該對象的實例變量，而訪問實例變量通常包括兩種形式，要么就是讀取數據，要么就是修改數據，例如：System.out.println(s1.no)這就是讀取數據，s1.no = 100這就是修改數據。請看以下代碼：

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		int i = 10;
		Student s1 = new Student();
		s1.no = 100;
		s1.name = "zhangsan";
		s1.sex = true;
		s1.age = 20;
		System.out.println("學號 = " + s1.no);
		System.out.println("姓名 = " + s1.name);
		System.out.println("性別 = " + s1.sex);
		System.out.println("年齡 = " + s1.age);
}
}

運行結果如下所示：

圖9-9：修改實例變量之后的執行結果

執行了以上程序之后，堆內存對象的實例變量發生了變化，如下圖所示：

圖9-10：實例變量執行賦值運算之后的內存圖

如果基于以上的代碼再創建一個對象，內存圖會是怎么的呢？先看代碼：

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		int i = 10;
		Student s1 = new Student();
		Student s2 = new Student();
	}
}

JVM內存結構圖如下所示：

圖9-11：創建多個對象的內存結構圖

通過上圖的學習，可以看出假設new出100個學生對象，會有100個no，100個age...是這樣吧。

通過以上內容的學習，需要每位同學掌握：局部變量存儲在哪里？實例變量存儲在哪里？實例變量在什么時候初始化？對象和引用有什么區別？在java中怎么訪問堆內存當中的對象？這些你都掌握了嗎。