Java中運行時內存結構

<wbr><wbr></wbr></wbr> 1.1 方法區： <wbr></wbr>

方法區是系統分配的一個內存邏輯區域，是 JVM 在裝載類文件時，用于存儲類型信息的 ( 類的描述信息 )。

<wbr></wbr>

方法區存放的信息包括：

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 1.1.1 類的基本信息：

1. 每個類的全限定名
2. 每個類的直接超類的全限定名 ( 可約束類型轉換 )
3. 該類是類還是接口
4. 該類型的訪問修飾符
5. 直接超接口的全限定名的有序列表

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr>1.1.2<strong>已裝載類的詳細信息</strong>：</wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

1. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">運行時常量池</span>：</wbr>

   在方法區中，每個類型都對應一個常量池，存放該類型所用到的所有常量，常量池中存儲了諸如 文字字符串、 final 變量值、類名和方法名常量。 它們以數組形式通過索引被訪問，是外部調用與類聯系及類型對象化的橋梁。（存的可能是個普通的字符串，然后經過常量池解析，則變成指向某個類的引用）

2. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">字段信息</span>：</wbr>

   字段信息存放類中聲明的每一個字段的信息，包括字段的名、類型、修飾符。

   字段名稱指的是類或接口的實例變量或類變量，字段的描述符是一個指示字段的類型的字符串，如 private A a=null; 則 a 為字段名， A 為描述符， private 為修飾符

3. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">方法信息</span>：</wbr>

   類中聲明的每一個方法的信息，包括方法名、返回值類型、參數類型、修飾符、異常、方法的字節碼。

   (在編譯的時候，就已經將方法的局部變量、操作數棧大小等確定并存放在字節碼中，在裝載的時候，隨著類一起裝入方法區 。)

   在運行時，JVM從常量池中獲得符號引用，然后在運行時解析成引用項的實際地址，最后通過常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把當前類或接口中的代碼與其它類或接口中的代碼聯系起來。

4. <wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)">靜態變量</span>：</wbr>

   這個沒什么好說的，就是類變量，類的所有實例都共享，我們只需知道，在方法區有個靜態區，靜態區專門存放靜態變量和靜態塊。

5. <wbr></wbr> 到類 classloader 的引用 ： 到該類的類裝載器的引用。
6. <wbr></wbr> 到類 class 的引用 ： 虛擬機為每一個被裝載的類型創建一個 class 實例，用來代表這個被裝載的類。 <wbr></wbr>

<wbr></wbr> <wbr></wbr> 由此我們可以知道反射的基礎 ：

在裝載類的時候，加入方法區中的所有信息，最后都會形成Class類的實例，代表這個被裝載的類。方法區中的所有的信息，都是可以通過這個Class類對象反射得 到。 我們知道對象是類的實例，類是相同結構的對象的一種抽象。同類的各個對象之間，其實是擁有相同的結構（屬性），擁有相同的功能（方法）， 各個對象的區別只在于屬性值的不同 。 <wbr><wbr>同樣的，我們所有的類，其實都是Class類的實例，他們都擁有相同的結構-----Field數組、Method數組。而各個類中的屬性都是Field屬性的一個具體屬性值，方法都是Method屬性的一個具體屬性值。</wbr></wbr>

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<wbr><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; line-height:24px; font-size:14px"><span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(0,204,255)"><span style="color:#000000; word-wrap:normal; word-break:normal"><strong>在運行時，JVM從常量池中獲得符號引用，然后在運行時解析成引用項的實際地址，最后通過常量池中的全限定名、方法和字段描述符，把當前類或接口中的代碼與其它類或接口中的代碼聯系起來。</strong></span></span></span></wbr>

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1.2 Java棧

JVM 棧是程序運行時單位，決定了程序如何執行，或者說數據如何處理。

在 Java 中，一個線程就會有一個線程的 JVM 棧與之對應，因為不過的線程執行邏輯顯然不同，因此都需要一個獨立的 JVM 棧來存放該線程的執行邏輯。

對方法的調用：

Java 棧內存，以 幀 的形式存放 本地方法 的 調用狀態 ，包括方法調用的 參數 、 局部變量、中間結果 等（方法都是以方法幀的形式存放在方法區的），每調用一個方法就將對應該方法的方法幀壓入 Java 棧，成為當前方法幀。當調用結束 ( 返回 ) 時，就彈出該幀。

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這意味著：

在方法中定義的一些 基本類型 的變量和 引用變量 都在方法的棧內存中分配。 當在一段代碼塊定義一個變量時， Java 就在棧中為這個變量分配內存空間，當超過變量的作用域后（方法執行完成后）， Java 會自動釋放掉為該變量所分配的內存空間，該內存空間可以立即被另作它用 。 -------- 同時，因為變量被釋放，該變量對應的對象，也就失去了引用，也就變成了可以被gc對象回收的垃圾。

因此我們可以知道成員變量與局部變量的區別：

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局部變量，在方法內部聲明，當該方法運行完時，內存即被釋放。 成員變量，只要該對象還在，哪怕某一個方法運行完了，還是存在。 從系統的角度來說，聲明局部變量有利于內存空間的更高效利用（方法運行完即回收）。 成員變量可用于各個方法間進行數據共享。

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Java 棧內存的組成：
局部變量區、操作數棧、幀數據區組成。
（1）：局部變量區為一個以字為單位的數組，每個數組元素對應一個局部變量的值。調用方法時，將方法的局部變量組成一個數組，通過索引來訪問。若為非靜態方法，則加入一個隱含的引用參數this,該參數指向調用這個方法的對象。而靜態方法則沒有this參數。因此，對象無法調用靜態方法。

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由此，我們可以知道，方法什么時候設計為靜態，什么時候為非靜態？

前面已經說過，對象是類的一個實例，各個對象結構相同，只是屬性不同。 而靜態方法是對象無法調用的。 所以，靜態方法適合那些工具類中的工具方法，這些類只是用來實現一些功能，也不需要產生對象，通過設置對象的屬性來得到各個不同的個體。

（2）：操作數棧也是一個數組，但是通過棧操作來訪問。所謂操作數是那些被指令操作的數據。當需要對參數操作時如a=b+c,就將即將被操作的參數壓棧，如將b 和c 壓棧，然后由操作指令將它們彈出，并執行操作。虛擬機將操作數棧作為工作區。
（3）：幀數據區處理常量池解析，異常處理等

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1.3 java堆<wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr>java的堆是一個運行時的數據區，用來存儲數據的單元，存放通過new關鍵字新建的</wbr></wbr></wbr> 對象 和 數組 ，對象從中分配內存。
<wbr><wbr><wbr>在堆中聲明的對象，是不能直接訪問的，必須通過在棧中聲明的指向該引用的變量來調用。引用變量就相當于是為數組或對象起的一個名稱，以后就可以在程序中使用棧中的引用變量來訪問堆中的數組或對象。</wbr></wbr></wbr>
<wbr><wbr></wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> <wbr>由此我們可以知道,引用類型變量和對象的區別:<wbr></wbr></wbr>

聲明的對象是在堆內存中初始化的，真正用來存儲數據的。不能直接訪問。 引用類型變量是保存在棧當中的，一個用來引用堆中對象的符號而已（指針）。

堆與棧的比較 ：
JAVA堆與棧都是用來存放數據的，那么他們之間到底有什么差異呢？既然棧也能存放數據，為什么還要設計堆呢？

1. 從存放數據的角度:

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 前面我們已經說明:

<wbr><wbr><wbr>棧中存放的是基本類型的變量</wbr></wbr></wbr> or 引用類型的變量

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 堆中存放的是對象 or 數組對象.

<wbr><wbr><wbr><wbr>在棧中，引用變量的大小為32位，基本類型為1-8個字節。</wbr></wbr></wbr></wbr>
<wbr><wbr><wbr><wbr>但是對象的大小和數組的大小是動態的，這也決定了堆中數據的動態性，因為它是在運行時動態分配內存的，</wbr></wbr></wbr></wbr> 生存期也不必在編譯時確定， Java 的垃圾收集器會自動收走這些不再使用的數據。

<wbr></wbr>

2. 從數據共享的角度:

<wbr><wbr>1).在單個線程類，棧中的數據可共享</wbr></wbr>

<wbr><wbr>例如我們定義：</wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> 編譯器先處理int a = 3；首先它會在棧中創建一個變量為a 的引用，然后查找棧中是否有3 這個值，如果沒找到，就將3 存放進來，然后將a 指向3。接著處理int b = 3；在創建完b 的引用變量后，因為在棧中已經有3這個值，便將b 直接指向3。這樣，就出現了a 與b 同時均指向3的情況。

<wbr><wbr>而如果我們定義：</wbr></wbr> <wbr></wbr>

<wbr><wbr></wbr></wbr> 這個時候執行過程為：在執行(1)時，首先在棧中創建一個變量a，然后在堆內存中實例化一個對象，并且將變量a指向這個實例化的對象。在執行(2)時，過程類似，此時，在堆內存中，會有兩個Integer類型的對象。<wbr></wbr>

<wbr></wbr>

<wbr><wbr>2).<span style="word-wrap:normal; word-break:normal; color:rgb(255,0,0)"><strong>在進程的各個線程之間，數據的共享通過堆來實現</strong></span></wbr></wbr>

<wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr> 例：那么，在多線程開發中，我們的數據共享又是怎么實現的呢？

如圖所示，堆中的數據是所有線程棧所共享的，我們可以通過參數傳遞，將一個堆中的數據傳入各個棧的工作內存中，從而實現多個線程間的數據共享

（多個進程間的數據共享則需要通過網絡傳輸了。）<wbr></wbr>

<wbr></wbr>

3.從程序設計的的角度:

從軟件設計的角度看，JVM棧代表了處理邏輯，而JVM堆代表了數據。這樣分開，使得處理邏輯更為清晰。分而治之的思想。這種隔離、模塊化的思想在軟件設計的方方面面都有體現。

4.值傳遞和引用傳遞的真相

有了以上關于棧和堆的種種了解后，我們很容易就可以知道值傳遞和引用傳遞的真相：

1.程序運行永遠都是在JVM棧中進行的，因而參數傳遞時，只存在傳遞基本類型和對象引用的問題。不會直接傳對象本身。 但是傳引用的錯覺是如何造成的呢? 在運行JVM棧中，基本類型和引用的處理是一樣的，都是傳值，所以，如果是傳引用的方法調用，也同時可以理解為“傳引用值”的傳值調用，即引用的處理跟基本類型是完全一樣的。 但是當進入被調用方法時，被傳遞的這個引用的值，被程序解釋(或者查找)到JVM堆中的對象，這個時候才對應到真正的對象。 如果此時進行修改，修改的是引用對應的對象，而不是引用本身，即：修改的是JVM堆中的數據。所以這個修改是可以保持的了。

從某種意義上來說 對象都 是由基本類型組成的。 <wbr></wbr>

可以把一個對象看作為一棵樹，對象的屬性如果還是對象，則還是一顆樹(即非葉子節點)，基本類型則為樹的葉子節點。程序參數傳遞時，被傳遞的值本身都是不能進行修改的，但是，如果這個值是一個非葉子節點(即一個對象引用)，則可以修改這個節點下面的所有內容。<wbr></wbr>

其實，面向對象方式的程序與以前結構化的程序在執行上沒有任何區別 。

面向對象的引入，只是 改變了我們 對待問題的思考方式，而更接近于自然方式的思考。

當我們把對象拆開，其實對象的屬性就是數據，存放在JVM堆中;而對象的行為(方法)，就是運行邏輯，放在JVM棧中。我們在編寫對象的時候，其實即編寫了數據結構，也編寫的處理數據的邏輯。

原文地址 :http://blog.sina.com.cn/s/blog_67fdef9001011nzl.html

Java中運行時內存結構補充