Java運行時數據區

Java具有簡單性、面向對象、分佈式、健壯性、安全性、平台立與可移植性、多線程、動態性等特點。下面是小編分享的Java運行時數據區，歡迎大家參考!

JVM就是一個特殊的進程，我們執行的java程序，都運行在一個JVM進程中，這個進程的作用就是加載class文件，並且執行class文件中的代碼。當然，從一個class文件的加載，到準備好可執行之前，還有一段很長的路要走，以後的文章會詳細介紹這個過程。既然虛擬機作為一個虛擬的計算機，來執行我們的程序，那麼在執行的過程中，必然要有地方存放我們的代碼(class文件); 在執行的過程中，總會創建很多對象，必須有地方存放這些對象; 在執行的過程中，還需要保存一些執行的狀態，比如，將要執行哪個方法，當前方法執行完成之後，要返回到哪個方法等信息，所以，必須有一個地方來保持執行的狀態。上面的描述中， “地方”指的當然就是內存區域，程序運行起來之後，就是一個動態的過程，必須合理的劃分內存區域，來存放各種數據。所以，在本文中，將會詳細介紹JVM的運行時數據區。

JVM體系結構和運行時數據區概述

要理解JVM的運行時數據區，必須先要理解JVM的體系結構，因為虛擬機的體系結構基本上解釋了“為什麼會有這些運行時數據區” 。在深入理解Java虛擬機到底是什麼這篇文章中也簡單的提到過JVM的體系機構，這裏再詳細的講解一下。 JVM的體系結構如下：

由此可見，運行時數據區的劃分，是和JVM的體系結構相關的.。本文主要介紹運行時數據區的劃分，對體系結構不做深入的講解。簡單概括一下，類加載器子系統用於將class文件加載到虛擬機的運行時數據區中(準確的説應該是方法區) 。可以認為執行引擎是字節碼的執行機制，一個線程可以看做是一個執行引擎的實例。下面介紹運行時數據區：

　JVM運行時數據區

　　方法區

在字面意思上， “方法區”這個詞會讓人產生誤解。因為方法區存放的不只是方法，它存放的是類型信息。我們在寫程序的時候，幾乎總是在和類，對象打交道，我們知道根據一個類可以創建對象。一般來説，我們操縱的是對象，訪問對象的屬性，調用對象的方法等，但是我們要思考這樣一個問題，虛擬機根據什麼信息知道如何創建對象的呢? 當然是根據這個對象的類型信息，但是這個類型信息在哪裏呢?現在我們知道是在方法區中。那麼類型信息是被誰加載到方法區中的呢?由上面的體系結構圖，我們可以知道是類加載器子系統?那麼所謂的類型信息，都包含什麼信息呢?這些信息又是如何存放的呢?這裏的類型信息，可以籠統的認為就是我們前面講解過的一個class文件，類加載器子系統將會提取class文件裏面的類型信息，並將這些類型信息存放到方法區中。至於方法區中如何存放一個類型數據，是和JVM的具體實現相關的。但是不管如何實現，一個類的類型信息總是會包含如下信息：

類的全限定名

當前類的直接父類的全限定名

這個類是接口類型，類類型，還是枚舉類型

類的訪問修飾符信息

當前類型的超接口的全限定名

當前類型的常量池

字段信息

方法信息

如果對class文件格式比較熟悉的話，可以看出，這些信息都是在class文件中描述過的。由於我們無法看到類型信息具體是如何存儲的，但是大致可以將類型信息看做一個class文件，這有助於我們的理解。下面再次列出class文件結構的表格，讀者可以對比class文件中的內容到類型數據上，該表中的各種數據已經在前面的博客中詳細講解過：

類型數據中，除了這些基本信息外，類型信息還包括以下兩個方面：

一個到類的ClassLoader對象的引用

一個到表示該類的Class實例對象的引用

　靜態變量存儲區

由於之前的博客中詳細介紹過class文件的格式，對上面的一些基本信息我們可能比較熟悉，但是對這兩種信息就比較陌生了。其實説來也簡單，每個class都是被一個類加載器加載到方法區的，類型信息中的到類的ClassLoader對象的引用，表明了當前的類是被哪個類加載器加載的，這個信息同時也標示了當前的類型的名稱空間。

每當一個class文件被成功的加載到方法區中， JVM總會創建一個Class對象，來唯一標示這個類。這個Class對象可以看做是類加載過程的產物，由於它描述了整個類型信息，而Java中的反射也是針對的類型信息，所以這個Class對象是反射的基石，大多數反射API都是根據Class對象來實現的。

而靜態變量也是存在於類型信息中，可以這麼説，類型信息中，會有專門的區域存放類的靜態變量。與存在於對象中的實例變量不同，靜態變量存在於類型數據中，每個類型只有一份，所以也叫類變量。

方法區是一個相對來説比較固定的內存區，因為它存放的是類型信息，而類型信息在被加載到方法區中之後，除了必要的連接和初始化，一般不會有較大改動，一般情況下， JVM也不會卸載類型信息，所以方法區也可以稱為JVM的靜態區。一個類型的生命週期一般就是整個程序的生命週期。這也是為什麼要慎用靜態變量的原因所在，因為靜態變量隨類型信息存放在方法區中，生命週期很長，如果使用不當，很容易造成內存泄露。一個JVM實例中只存在一個方法區，方法區中的所有類型數據被所有線程共享。

堆

方法區是存放類型數據的，而堆則是存放運行時產生的對象的。和C++不同的是， Java只能在堆中存放對象，而不能在棧上分配對象，所有運行時產生的對象全部都存放於堆中，包括數組。我們知道，在Java中，數組也是對象。一個JVM實例中只有一個堆，所有線程共享堆中的數據(對象) 。

Java虛擬機支持幾種不同的創建對象的指令，如new ， anewarray等。這些指令執行的結果就是在堆中分配內存，並創建對象。但是Java虛擬機的指令集中並不包含任何釋放內存的指令，因而我們也就不能手動釋放內存。所有被創建的對象都會被一個叫做垃圾收集器(GC)的模塊自動回收，垃圾收集器有不同的實現方式，他們以特定的方式判斷對象是否過期，並以特定的方式對對象進行回收，關於垃圾收集的話題不是本文的重點，這裏就不多説了。我們只要知道：所有創建的對象都存在堆中，而垃圾收集器會自動回收過期的對象，所以，JVM的堆區是垃圾收集器的“重點管理區” 。

　Java棧

Java棧是一個線程的執行區域，它保存着一個線程中的方法的調用狀態，也可以説，一個Java線程的運行狀態，都由一個Java棧來保存。在這個棧中，每一方法對應一個棧幀，請注意區分棧幀和棧這兩個概念。棧指的是整個線程的執行棧，棧幀是棧中的一個單位，每個方法對應一個棧幀。 JVM會對Java棧執行兩種操作：壓棧和出棧。這兩種操作在執行時都是以幀(棧幀)為單位的。當調用了一個新的方法，就會壓入一個棧幀，當一個方法調用完成，就會彈出這個方法的棧幀，回到調用者的棧幀。

舉例來説，如果方法a調用了方法b，而方法b中調用了方法c。這個過程中的方法調用和返回的裝狀態是這樣的(其中圖中兩條虛線之間表示Java棧，每個方塊表示一個特定方法的棧幀)

Java棧上的所有數據都是線程私有的，也就是説，每個線程都會有自己的Java棧，不會相互訪問其他Java棧中的數據。

　PC寄存器

pc寄存器用於存放一條指令的地址，這條指令就是虛擬機要執行的下一條指令。pc寄存器和線程相關聯，每一個線程都有一個PC寄存器。

本地方法棧

我們知道Java可以和C/C++互調。如果當前線程執行的代碼是C/C++寫的本地代碼，那麼這些方法就在本地方法棧中執行，而不會在Java棧中執行， Java棧中只執行Java方法。