開篇
從今天開始寫jvm，從這個系列文章，你將能學會jvm內存分佈、垃圾回收算法以及垃圾回收的細節、故障診斷的手段、jvm類加載細節以及字節碼和apm系統原理，以及涉及到一些零散的點例如反射原理等。這個系列主要是偏重於講問題排查，以及GC和後邊的字節碼的東西，所以雖然基礎的東西也會講，但是不會講的那麼細緻，我寫文章從來不是針對小白的，只是想學基礎或者嫌學東西累的人可以直接右上角點關閉。
這個系列的文章會比較多，我不會再把每一篇都寫得特別長，這樣我累你也累。但是為了讓你係統的學習，每個體系還是會盡可能的集中到一塊去講。
一如我以前的風格，廢話不多説，我們直接開始~
jvm在運行期間數據區域大體上有堆、棧、方法區以及程序計數器等，當然這是非常抽象的概括，每一個地方的細節都是非常多的，我們一個一個來看
1、 程序計數器(也叫PC寄存器)
這玩意是一個記錄着當前線程所執行的字節碼的行號指示器，換句話説，就是記錄着當前線程執行到了第幾行字節碼。這玩意有這麼幾個特點：
- 線程私有
- 佔用內存非常小，不會發生OutOfMemoryError
- 如果執行native方法，這裏這個數值就是空，即undifined
上面四點都很容易理解，我們一點一點來説下。第一點，jvm的多線程是通過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現，也就是説，在同一時刻一個處理器內核只會執行一條線程，處理器切換線程時並不會記錄上一個線程執行到哪個位置，所以為了線程切換後依然能恢復到原位，每條線程都需要有各自獨立的程序計數器。第二點，由於這裏只是存個數字或者是undifined，所以當然不會佔多少空間，更不會因為數字太長而發生存不下的現象，所以也沒有內存溢出的可能性。第三點，我們知道，java的native方法的大多是通過C實現並未編譯成需要執行的字節碼指令，所以執行的方法是native方法的話，這裏也就不需要存值了
2、棧
jvm棧是描述java方法執行時的線程內存模型，它是線程私有的，生命週期和線程相同。棧是由一個一個的棧幀組成，而棧幀主要又由四個部分組成，分別是局部變量表，操作數棧，動態鏈接，返回地址。棧的結構圖如圖：
我們還是來一個一個分別説下：
- 局部變量表
用於保存方法的參數和方法內部定義的局部變量，最小單位是變量槽（variable slot），每個變量槽可以存放一個基礎數據類型（除long和double），對象的引用和返回地址的數據。
- 操作數棧
方法執行的過程中，會有各種字節碼指令往操作數棧中寫入和提取內容，也就是出棧和入棧操作（與 Java 棧中棧幀操作類似）。
- 動態鏈接
保存指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用，以便支持方法調用過程中的動態鏈接。
- 返回地址
指的是當前方法被調用的地方，因為方法執行完了總得知道從哪裏繼續執行的嘛
上面的概念可能比較生澀，但是別擔心，我後邊還會回頭來説這些東西的，這節我們先混個臉熟
複製代碼3、堆
堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建。這個區域是用來存放對象實例的，幾乎所有對象實例都會在這裏分配內存。堆是Java垃圾收集器管理的主要區域（GC堆），垃圾收集器實現了對象的自動銷燬。Java堆可以細分為：新生代和老年代；再細緻一點的有Eden空間，From Survivor空間，To Survivor空間等。Java堆可以處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁盤空間一樣。可以通過-Xmx和-Xms控制。
4、方法區
這塊區域是用來存放被加載的類的信息，常量，靜態變量以及即時編譯後的代碼緩存等。這裏值得説的一個東西是方法區這個名詞其實是jvm的規範中出現的地方，1.8之前，方法區對應的實現是永久代，在1.8之後，hotspot已經用元空間取代了永久代，因為這樣做可以減少發生OOM的機率。
5、運行時常量池和字符串常量池
運行時常量池在1.7之前是被放在永久代中，1.8之後被放在堆內存中。這裏是用來存放基本類型的包裝類的緩存（Integer的-128到127），以及字符串的值。有的人可能還知道個class常量池，這裏需要強調的是這兩個不是一個東西，我們後邊也會説class常量池，所以這裏如果不明白也沒關係。
字符串常量池是用來存放已經創建過的字符串的。
由於後邊不會再專門詳解字符串常量池，所以本着負責任的態度，這裏把這玩意多説説。我們肯定是見過下面這段代碼的：
public static void main(String[] args){
String str = "ABC";
String str1 = "ABC";
String str2 = new String("ABC");
String str3 = null;
System.out.println(str==str1);
System.out.println(str==str2);
str3 = str2.intern();
System.out.println(str==str3);
}
複製代碼我也就不賣關子了，這裏的輸出結果見下圖：
我們來一點一點的解釋，第一句的str，在編譯的時候就在類的常量池中，代碼執行完這一句之後，“ABC”會被扔進字符串常量池，然後str指向常量池的“ABC”（你這裏關心執行完後會被扔進常量池就好了，類常量池後邊講），第二句這塊發現“ABC”在字符串常量池中已經有了，所以直接讓str1直接指向常量池中的“ABC”就行了，第三句由於用了new 指令，因此不會再去常量池中尋找，而是在堆內存上開闢一塊新的空間，去再次創建個“ABC”，第四句跳過。五六句就非常簡單了，第五句輸出true，第六句輸出false，第七句這裏你需要知道intern這個方法會把調用的字符串複製進常量池，並返回常量池的引用，但是如果常量池中已經有了同一個字符串，那麼就是直接返回字符串引用，因此第八句輸出了true。注意是複製，為了證明是複製進去而不是直接扔進去，我們這裏再看一段代碼：
public static void main(String[] args){
String str2 = new String("ABC");
String str3 = null;
str3 = str2.intern();
System.out.println(str2==str3);
}
複製代碼輸出結果如下，符合預期，不明白的可以再理解理解上面的話。
6、直接內存
這個區域並非是jvm的一部分，但是其實也是很重要的一部分。在java有了NIO之後，可以直接操作堆外內存，這樣做的好處是避免了在java堆中和計算機native內存中來回複製數據，顯著提高了性能，但是副作用是使用不當的話也會導致OOM（因為它也是受物理內存的限制的）。