运行时数据区
运行时数据区是Java程序执行过程中管理的内存区域
Java 运行时数据区组成（JVM 内存结构）
Java 虚拟机（JVM）的运行时数据区由以下核心部分组成：
线程私有：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈。
线程共享：方法区、堆。
一、程序计数器
程序计数器存储当前执行的字节码指令地址。
线程私有：每个线程都有独立的程序计数器。
多线程场景下程序计数器的工作流程：
常见问题解答
Q：为什么程序计数器不会内存溢出？
A：其存储的是单个指令地址（指针），非用户数据。指针长度固定（32位系统4字节/64位8字节），且线程结束时自动释放。
Q：PC 如何影响程序流程控制？
A：分支指令直接修改 PC 值实现跳转：
0: iload_1
1: ifeq 12 // 如果值为0，PC跳转到12
4: iinc 1, -1 // 否则继续执行
...
12: return // 跳转目标
Q：调试器如何实现断点功能？
A：通过修改 PC 值实现：
- 在目标指令处插入特殊断点指令
- 当 PC 指向断点时暂停执行
- 显示当前堆栈和变量状态
二、Java虚拟机栈
Java虚拟机栈描述的是Java方法执行过程中的线程内存模型，主要作用是管理Java方法的调用过程。在当前线程中每个方法被调用的时候，JVM会同步创建一个栈帧呀入到虚拟机栈。栈帧中存储着局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等。
栈帧组成
1. 局部变量表
-
存储内容：
-
this(实例对象的地址)
-
方法参数
-
局部变量
-
基本类型数据（
int,boolean等） -
对象引用（reference）
-
-
容量单位：变量槽（Slot）
-
32位类型占1个Slot（
int,float,reference） -
64位类型占2个Slot（
long,double）索引 类型 名称 大小 示例值 0 reference this 1槽 0x00a3b1 1 int a 1槽 10 2 double b 2槽 20.5 4 reference c 1槽 0x00c4d2 5 long d 2槽 100
-
-
内存复用：Slot在作用域结束后可被复用
public void demo(int param) {int a = 10; // Slot 0: this | Slot 1: param | Slot 2: adouble b = 20.0; // Slot 3-4: b (占2个Slot)String s = "hello"; // Slot 5: s
}
2. 操作数栈
-
作用：执行字节码指令的工作区
-
深度：编译期确定（写入方法表的
max_stack属性） -
示例代码及执行过程
以下面的 Java 代码为例，分析操作数栈在方法执行过程中的具体工作情况。
public class OperandStackExample {public static int add(int a, int b) {int c = a + b;return c;}public static void main(String[] args) {int result = add(3, 5);System.out.println(result);} }编译后的字节码分析
add方法编译后的部分字节码如下：public static int add(int, int);Code:0: iload_0 // 将局部变量表中第 0 个位置的 int 型变量（参数 a）压入操作数栈1: iload_1 // 将局部变量表中第 1 个位置的 int 型变量（参数 b）压入操作数栈2: iadd // 从操作数栈中弹出两个 int 型操作数，相加后将结果压入操作数栈3: istore_2 // 将操作数栈顶的 int 型结果弹出，存入局部变量表中第 2 个位置（变量 c）4: iload_2 // 将局部变量表中第 2 个位置的 int 型变量（变量 c）压入操作数栈5: ireturn // 将操作数栈顶的 int 型结果返回操作数栈状态变化
- 执行
iload_0指令后：将参数a（值为 3）压入操作数栈，此时操作数栈栈顶元素为 3。 - 执行
iload_1指令后：将参数b（值为 5）压入操作数栈，此时操作数栈从栈顶到栈底元素依次为 5、3。 - 执行
iadd指令后：从操作数栈中弹出 5 和 3，计算 3 + 5 = 8，将结果 8 压入操作数栈，此时操作数栈栈顶元素为 8。 - 执行
istore_2指令后：将操作数栈顶的 8 弹出，存入局部变量表中变量c的位置，此时操作数栈为空。 - 执行
iload_2指令后：将局部变量表中变量c的值 8 压入操作数栈，此时操作数栈栈顶元素为 8。 - 执行
ireturn指令后：将操作数栈顶的 8 返回，方法执行结束。
- 执行
3. 动态链接
- 存储内容：指向方法区运行时常量池的引用
- 核心作用：将符号引用解析为直接引用
- 类方法调用：确定目标方法的入口地址
- 字段访问：定位字段在内存中的偏移量
4. 方法返回地址
- 两种返回方式：
- 正常返回：PC计数器值作为返回地址
- 异常退出：异常处理器表记录的地址
- 关键动作：
- 恢复上层方法的局部变量表
- 将操作数栈结果压回调用者栈帧
- 调整PC计数器
三、本地方法栈
本地方法栈是 JVM 为执行本地方法（Native Method）提供的内存区域。本地方法是使用非 Java 语言（如 C、C++）实现的方法,主要作用是管理本地方法的调用过程。
栈帧结构
本地方法栈的栈帧结构和 Java 虚拟机栈的栈帧类似，通常包含以下部分：
局部变量表：用于存储本地方法执行过程中的局部变量，包括基本数据类型和对象引用。
操作数栈：在本地方法执行计算时，用于存储操作数和中间结果。
动态链接：将符号引用转换为直接引用，以便在运行时能够正确调用方法。
方法返回地址：记录方法执行完毕后返回的位置。
以上都是线程不共享，每个线程私有的内存区域，与每个线程当前执行位置与内存模型息息相关，都在线程创建时创建，在线程销毁时销毁。
四、方法区
方法区存放着已经被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量等数据。
储存内容
-
类型信息:
- 类的全限定名（如
java.lang.String） - 类的直接父类的全限定名（对于
Object，没有父类） - 类的修饰符（
public,abstract,final等） - 实现的接口列表
- 字段信息（字段名称、类型、修饰符）
- 方法信息（方法名称、返回类型、参数类型/数量、修饰符、字节码、操作数栈和局部变量表大小）
- 类的全限定名（如
-
运行时常量池:
- 是字节码文件中常量池的运行时表现形式，被每个类或接口所独有。
- 包含：
- 编译期已知的字面量：文本字符串、
final常量值。 - 符号引用：类和接口的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。这些符号引用在类加载的解析阶段会被转化为直接引用（如内存地址）。
- 编译期已知的字面量：文本字符串、
JDK 7 之后，字符串常量池从方法区移到了堆中，但其他类型的常量（如整数常量、浮点常量等）依然存于运行时常量池，位于元空间。
-
静态变量:
- 静态变量存储在方法区，可供所有的实例访问。
实现演变
- 永久代（JDK7及以前）：方法区使用永久代实现，永久代使用堆中的一部分内存，有固定大小限制，容易发生内存溢出。
- 元空间（JDK8以后）：移除永久代，使用元空间实现方法区，元空间使用系统直接内存，不再受堆内存的限制。
五、堆
在JVM中，堆的作用是存放所有的对象实例。堆被所有的线程共享。
存储内容
1.对象实例
- 所有
new创建的对象。 - 数组对象：
int[],double[]等基本类型数组（数组对象本身及其元素值都在堆中连续空间中）。String[],Object[]等引用类型数组（数组对象本身在堆中，其元素是指向堆中其他对象的引用）。
易混淆点
- 字符串对象与字符串常量池：
- 字符串对象本身（如
new String("abc")或运行时拼接生成的String）存储在堆中。 - 字符串常量池自 JDK 7 起移至堆中，它存储的是：
- 字符串字面量（如
"abc"）的引用（指向堆中的String对象）。 String.intern()方法返回的字符串的引用。
- 字符串字面量（如
- 总结：字符串对象在堆，常量池（
StringTable）也在堆（存储引用），但常量池本身是一个哈希表结构。
- 字符串对象本身（如
- 静态变量引用的对象：
- 静态变量（
static修饰）的引用本身存储在方法区（JDK 7+ 的元空间）。 - 但静态变量指向的对象实例（如
static Object obj = new Object();中的new Object()）存储在堆中。
- 静态变量（
- **类信息：
- 类的元数据（如类名、方法字节码、字段结构等）存储在方法区（元空间），不在堆中。
- 类的
Class对象（如String.class）是一个特殊的对象实例，存储在堆中。
- 基本类型局部变量 vs. 成员变量：
- 成员变量（在对象内部）：基本类型（如
int,double）的值直接存在堆内对象内存中。 - 局部变量（在方法内部）：基本类型（如
int i = 10;）的值存储在 Java 栈的栈帧的局部变量表 中，不在堆中。
- 成员变量（在对象内部）：基本类型（如
