# 一、类执行机制
线程创建后，jvm会为每个线程分配堆栈空间， 且每个线程创建后，每个线程都会产生 程序计数器（PC）和 栈（stack），
程序计数器存放下一条需要执行的指令在方法内的偏移量， 栈中存放一个个的栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，
而每个栈帧有分为 局部变量区 和 操作数栈 两部分，局部变量区用于存放 方法的局部变量和参数，
操作数栈 用于存放方法执行过程中产生的中间结果。如下图
JVM内存结构分为：方法区（method），栈内存（stack），堆内存（heap），本地方法栈（java中的jni调用），结构图如下所示：
- [ ] ### （1） 堆内存（heap）
- 所有通过new创建的对象的内存都在 堆 中分配，其大小可以通过 -Xms 和 -Xms 来控制。
操作系统有一个记录空闲内存地址的 链表，当系统收到程序的申请时，会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，
然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录
本地分配的大小，这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。但由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，
系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。这时由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片，不过用起来最方便。
堆内存是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的
遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存，所以，堆获得的空间比较灵活，也比较大。
### （2）栈内存（stack）
在Windows下, 栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是
系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是固定的（是一个编译时就确定的常数），如果申请的空间超过栈的剩余
空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存
，否则将报异常提示栈溢出。 由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。
堆内存与栈内存需要说明：
基础数据类型直接在栈空间分配，方法的形式参数，直接在栈空间分配，当方法调用完成后从栈空间回收。
引用数据类型，需要用new来创建，既在栈空间分配一个地址空间，又在堆空间分配对象的类变量 。
方法的引用参数，在栈空间分配一个地址空间，并指向堆空间的对象区，当方法调用完成后从栈空间回收。
局部变量new出来时，在栈空间和堆空间中分配空间，当局部变量生命周期结束后，栈空间立刻被回收，堆空间区域等待GC回收。
方法调用时传入的literal参数，先在栈空间分配，在方法调用完成后从栈空间收回。字符串常量、static在DATA区域分配，
this在堆空间分配。数组既在栈空间分配数组名称，又在堆空间分配数组实际的大小。
###
上面的图中看到的是JVM中栈有两个，但是堆只有一个，每一个线程都有自已的线程栈【线程栈的大小可以通过设置JVM的-xss参数进行配置，
32位系统下，JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K】，线程栈里面的数据属于该线程私有，但是所有的线程都
共享一个堆空间,堆中存放的是对象数据，什么是对象数据，排除法，排除基本类型以及引用类型以外的数据都将放在堆空间中。
其中方法区和堆是所有线程共享的数据区
1.程序计数器
在CPU的寄存器中有一个PC寄存器，存放下一条指令地址，这里，虚拟机不使用CPU的程序计数器，自己在内存中设立一片区域
来模拟CPU的程序计数器。只有一个程序计数器是不够的，当多个线程切换执行时，那就单个程序计数器就没办法了，
虚拟机规范中指出，每一条线程都有一个独立的程序计数器。注意，Java虚拟机中的程序计数器指向正在执行的字节码地址，而不是下一条。
2. Java虚拟机栈
Java虚拟机栈也是线程私有的，虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法执行的时候都会创建一个栈帧，
用于存放局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法从调用直到执行完成的过程都对应着一个栈帧
在虚拟机中的入栈到出栈的过程。我们平时把内存分为堆内存和栈内存，其中的栈内存就指的是虚拟机栈的局部变量表部分。
局部变量表存放了编译期可以知道的基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)，
对象引用(可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)，
和返回后所指向的字节码的地址。其中64 位长度的long 和double 类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），
其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，
这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
当递归层次太深时，会引发java.lang.StackOverflowError，这是虚拟机栈抛出的异常。
3. 本地方法栈
在HotSpot虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一，它们的区别在于，虚拟机栈为执行Java方法服务，
而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
4. Java堆
Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。这个区域是用来存放对象实例的，
几乎所有对象实例都会在这里分配内存。堆是Java垃圾收集器管理的主要区域（GC堆），垃圾收集器实现了对象的自动销毁。
Java堆可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间，From Survivor空间，To Survivor空间等。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。可以通过-Xmx和-Xms控制
5. 方法区
方法区也叫永久代。在过去（自定义类加载器还不是很常见的时候），类大多是”static”的，很少被卸载或收集，
因此被称为“永久的(Permanent)”。虽然Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），
目的应该是与Java 堆区分开来。同时，由于类class是JVM实现的一部分，并不是由应用创建的，所以又被认为是“非堆(non-heap)”内存。
HotSpot 虚拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。
对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。
永久代也是各个线程共享的区域，它用于存储已经被虚拟机加载过的类信息，常量，静态变量（JDK7中被移到Java堆），
即时编译期编译后的代码（类方法）等数据。这里要讲一下运行时常量池，它是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各
种字面量和符号引用（其实就是八大基本类型的包装类型和String类型数据（JDK7中被移到Java堆））
在JDK1.7中的HotASpot中，已经把原本放在方法区的字符串常量池移出。
将interned String移到Java堆中
将符号Symbols移到native memory（不受GC管理的内存）
从JDK7开始永久代的移除工作，贮存在永久代的一部分数据已经转移到了Java Heap或者是Native Heap。
但永久代仍然存在于JDK7，并没有完全的移除：符号引用(Symbols)转移到了native heap;字面量(interned strings)
转移到了java heap;类的静态变量(class statics)转移到了java heap。随着JDK8的到来，JVM不再有PermGen。
但类的元数据信息（metadata）还在，只不过不再是存储在连续的堆空间上，而是移动到叫做“Metaspace”的本地内存（Native memory）中。
在JVM中共享数据空间划分如下图所示
上图中，刻画了Java程序运行时的堆空间,可以简述成如下2条
1.JVM中共享数据空间可以分成三个大区，新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）、永久代（Permanent Generation），
其中JVM堆分为新生代和老年代
2.新生代可以划分为三个区，Eden区（存放新生对象），两个幸存区（From Survivor和To Survivor）（存放每次垃圾回收后存活的对象）
3.永久代管理class文件、静态对象、属性等
4.JVM垃圾回收机制采用“分代收集”：新生代采用复制算法，老年代采用标记清理算法。
作为操作系统进程，Java 运行时面临着与其他进程完全相同的内存限制：操作系统架构提供的可寻址地址空间和用户空间。
操 作系统架构提供的可寻址地址空间，由处理器的位数决定，32 位提供了 2^32 的可寻址范围，也就是 4,294,967,296 位，
或者说 4GB。而 64 位处理器的可寻址范围明显增大：2^64，也就是 18,446,744,073,709,551,616，或者说 16 exabyte（百亿亿字节）。
地址空间被划分为用户空间和内核空间。内核是主要的操作系统程序和C运行时，包含用于连接计算机硬件、调度程序以及提供联网和
虚拟内存等服务的逻辑和基于C的进程（JVM）。除去内核空间就是用户空间，用户空间才是 Java 进程实际运行时使用的内存。
默认情况下，32 位 Windows 拥有 2GB 用户空间和 2GB 内核空间。在一些 Windows 版本上，通过向启动配置添加 /3GB
开关并使用 /LARGEADDRESSAWARE 开关重新链接应用程序，可以将这种平衡调整为 3GB 用户空间和 1GB 内核空间。
在 32 位 Linux 上，默认设置为 3GB 用户空间和 1GB 内核空间。一些 Linux 分发版提供了一个hugemem内核，
支持 4GB 用户空间。为了实现这种配置，将进行系统调用时使用的地址空间分配给内核。通过这种方式增加用户
空间会减慢系统调用，因为每次进行系统调用时，操作系统必须在地址空间之间复制数据并重置进程地址-空间映射。
对复制算法进一步优化：使用Eden/S0/S1三个分区
平均分成A/B块太浪费内存，采用Eden/S0/S1三个区更合理，空间比例为Eden:S0:S1==8:1:1，有效内存（即可分配新生对象的内存）是总内存的9/10。
算法过程：
1. Eden+S0可分配新生对象；
2. 对Eden+S0进行垃圾收集，存活对象复制到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC结束。
3. Eden+S1可分配新生对象；
4. 对Eden+S1进行垃圾收集，存活对象复制到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC结束。
5. goto 1。
默认Eden:S0:S1=8:1:1,因此，新生代中可以使用的内存空间大小占用新生代的9/10,那么有人就会问，为什么不直接分成两个区，
一个区占9/10,另一个区占1/10，这样做的原因大概有以下几种
1. S0与S1的区间明显较小，有效新生代空间为Eden+S0/S1，因此有效空间就大，增加了内存使用率
2. 有利于对象代的计算，当一个对象在S0/S1中达到设置的XX:MaxTenuringThreshold值后，会将其分到老年代中，
设想一下，如果没有S0/S1,直接分成两个区，该如何计算对象经过了多少次GC还没被释放,你可能会说，
在对象里加一个计数器记录经过的GC次数，或者存在一张映射表记录对象和GC次数的关系，是的，可以，
但是这样的话，会扫描整个新生代中的对象, 有了S0/S1我们就可以只扫描S0/S1区了~~~
