Java内存模型4
2)内存栈（Stack）： 当一个新线程启动的时候，JVM会为Java线程创建每个线程的独立内存栈，如前所言Java的内存栈是由栈帧构成，栈帧本身处于游离状态，在JVM里面，栈帧的操作只有两种：出栈和入栈。正在被线程执行的方法一般称为当前线程方法，而该方法的栈帧就称为当前帧，而在该方法内定义的类称为当前类，常量池也称为当前常量池。当执行一个方法如此的时候，JVM保留当前类和当前常量池的跟踪，当虚拟机遇到了存储在栈帧中的数据上的操作指令的时候，它就执行当前帧的操作。当一个线程调用某个Java方法时，虚拟机创建并且将一个新帧压入到内存堆栈中，而这个压入到内存栈中的帧成为当前栈帧，当该方法执行的时候，JVM使用内存栈来存储参数、局部变量、中间计算结果以及其他相关数据。方法在执行过程有可能因为两种方式而结束：如果一个方法返回完成就属于方法执行的正常结束，如果在这个过程抛出异常而结束，可以称为非正常结束，不论是正常结束还是异常结束，JVM都会弹出或者丢弃该栈帧，则上一帧的方法就成为了当前帧。 在JVM中，Java线程的栈数据是属于某个线程独有的，其他的线程不能够修改或者通过其他方式来访问该线程的栈帧，正因为如此这种情况不用担心多线程同步访问Java的局部变量，当一个线程调用某个方法的时候，方法的局部变量是在方法内部进行的Java栈帧的存储，只有当前线程可以访问该局部变量，而其他线程不能随便访问该内存栈里面存储的数据。内存栈内的栈帧数据和方法区以及内存堆一样，Java栈的栈帧不需要分配在连续的堆栈内，或者说它们可能是在堆，或者两者组合分配，实际数据用于表示Java堆栈和栈帧结构是JVM本身的设计结构决定的，而且在编程过程可以允许程序员指定一个用于Java堆栈的初始大小以及最大、最小尺寸。 【概念区分】
栈帧——操作帧：和局部变量一样，操作帧也是一组有组织的数组的存储结构，但是和局部变量不一样的是这个不是通过数组的索引访问的，而是直接进行的入栈和出栈的操作，当操作指令直接压入了操作栈帧过后，从栈帧里面出来的数据会直接在出栈的时候被读取和使用。除了程序计数器以外，操作帧也是可以直接被指令访问到的，JVM里面没有寄存器。处理操作帧的时候Java虚拟机是基于内存栈的而不是基于寄存器的，因为它在操作过程是直接对内存栈进行操作而不是针对寄存器进行操作。而JVM内部的指令也可以来源于其他地方比如紧接着操作符以及操作数的字节码流或者直接从常量池里面进行操作。JVM指令其实真正在操作过程的焦点是集中在内存栈栈帧的操作帧上的。JVM指令将操作帧作为一个工作空间，有许多指令都是从操作帧里面出栈读取的，对指令进行操作过后将操作帧的计算结果重新压入内存堆栈内。比如iadd指令将两个整数压入到操作帧里面，然后将两个操作数进行相加，相加的时候从内存栈里面读取两个操作数的值，然后进行运算，最后将运算结果重新存入到内存堆栈里面。举个简单的例子：beginiload_0?//将整数类型的局部变量0压入到内存栈里面iload_1?//将整数类型的局部变量1压入到内存栈里面iadd?? ??//将两个变量出栈读取，然后进行相加操作，将结果重新压入栈中istore_2?//将最终输出结果放在另外一个局部变量里面end 综上所述，就是整个计算过程针对内存的一些操作内容，而整体的结构可以用下图来描述：
栈帧——数据帧：除了局部变量和操作帧以外，Java栈帧还包括了数据帧，用于支持常量池、普通的方法返回以及异常抛出等，这些数据都是存储在Java内存栈帧的数据帧中的。很多JVM的指令集实际上使用的都是常量池里面的一些条目，一些指令，只是把int、long、float、double或者String从常量池里面压入到Java栈帧的操作帧上边，一些指令使用常量池来管理类或者数组的实例化操作、字段的访问控制、或者方法的调用，其他的指令就用来决定常量池条目中记录的某一特定对象是否某一类或者常量池项中指定的接口。常量池会判断类型、字段、方法、类、接口、类字段以及引用是如何在JVM进行符号化描述，而这个过程由JVM本身进行对应的判断。这里就可以理解JVM如何来判断我们通常说的：“原始变量存储在内存栈上，而引用的对象存储在内存堆上边。”除了常量池判断帧数据符号化描述特性以外，这些数据帧必须在JVM正常执行或者异常执行过程辅助它进行处理操作。如果一个方法是正常结束的，JVM必须恢复栈帧调用方法的数据帧，而且必须设置PC寄存器指向调用方法后边等待的指令完成该调用方法的位置。如果该方法存在返回值，JVM也必须将这个值压入到操作帧里面以提供给需要这些数据的方法进行调用。不仅仅如此，数据帧也必须提供一个方法调用的异常表，当JVM在方法中抛出异常而非正常结束的时候，该异常表就用来存放异常信息。 3)内存堆（Heap）： 当一个Java应用程序在运行的时候在程序中创建一个对象或者一个数组的时候，JVM会针对该对象和数组分配一个新的内存堆空间。但是在JVM实例内部，只存在一个内存堆实例，所有的依赖该JVM的Java应用程序都需要共享该堆实例，而Java应用程序本身在运行的时候它自己包含了一个由JVM虚拟机实例分配的自己的堆空间，而在应用程序启动的时候，任何一个Java应用程序都会得到JVM分配的堆空间，而且针对每一个Java应用程序，这些运行Java应用程序的堆空间都是相互独立的。这里所提及到的共享堆实例是指JVM在初始化运行的时候整体堆空间只有一个，这个是Java语言平台直接从操作系统上能够拿到的整体堆空间，所以的依赖该JVM的程序都可以得到这些内存空间，但是针对每一个独立的Java应用程序而言，这些堆空间是相互独立的，每一个Java应用程序在运行最初都是依靠JVM来进行堆空间的分配的。即使是两个相同的Java应用程序，一旦在运行的时候处于不同的操作系统进程（一般为java.exe）中，它们各自分配的堆空间都是独立的，不能相互访问，只是两个Java应用进程初始化拿到的堆空间来自JVM的分配，而JVM是从最初的内存堆实例里面分配出来的。在同一个Java应用程序里面如果出现了不同的线程，则是可以共享每一个Java应用程序拿到的内存堆空间的，这也是为什么在开发多线程程序的时候，针对同一个Java应用程序必须考虑线程安全问题，因为在一个Java进程里面所有的线程是可以共享这个进程拿到的堆空间的数据的。但是Java内存堆有一个特性，就是JVM拥有针对新的对象分配内存的指令，但是它却不包含释放该内存空间的指令，当然开发过程可以在Java源代码中显示释放内存或者说在JVM字节码中进行显示的内存释放，但是JVM仅仅只是检测堆空间中是否有引用不可达（不可以引用）的对象，然后将接下来的操作交给垃圾回收器来处理。 对象表示： JVM规范里面并没有提及到Java对象如何在堆空间中表示和描述，对象表示可以理解为设计JVM的工程师在最初考虑到对象调用以及垃圾回收器针对对象的判断而独立的一种Java对象在内存中的存储结构，该结构是由设计最初考虑的。针对一个创建的类实例而言，它内部定义的实例变量以及它的超类以及一些相关的核心数据，是必须通过一定的途径进行该对象内部存储以及表示的。当开发过程给定了一个对象引用的时候，JVM必须能够通过这个引用快速从对象堆空间中去拿到该对象能够访问的数据内容。也就是说，堆空间内对象的存储结构必须为外围对象引用提供一种可以访问该对象以及控制该对象的接口使得引用能够顺利地调用该对象以及相关操作。因此，针对堆空间的对象，分配的内存中往往也包含了一些指向方法区的指针，因为从整体存储结构上讲，方法区似乎存储了很多原子级别的内容，包括方法区内最原始最单一的一些变量：比如类字段、字段数据、类型数据等等。而JVM本身针对堆空间的管理存在两种设计结构： 【1】设计一： 堆空间的设计可以划分为两个部分：一个处理池和一个对象池，一个对象的引用可以拿到处理池的一个本地指针，而处理池主要分为两个部分：一个指向对象池里面的指针以及一个指向方法区的指针。这种结构的优势在于JVM在处理对象的时候，更加能够方便地组合堆碎片以使得所有的数据被更加方便地进行调用。当JVM需要将一个对象移动到对象池的时候，它仅仅需要更新该对象的指针到一个新的对象池的内存地址中就可以完成了，然后在处理池中针对该对象的内部结构进行相对应的处理工作。不过这样的方法也会出现一个缺点就是在处理一个对象的时候针对对象的访问需要提供两个不同的指针，这一点可能不好理解，其实可以这样讲，真正在对象处理过程存在一个根据时间戳有区别的对象状态，而对象在移动、更新以及创建的整个过程中，它的处理池里面总是包含了两个指针，一个指针是指向对象内容本身，一个指针是指向了方法区，因为一个完整的对外的对象是依靠这两部分被引用指针引用到的，而我们开发过程是不能够操作处理池的两个指针的，只有引用指针我们可以通过外围编程拿到。如果Java是按照这种设计进行对象存储，这里的引用指针就是平时提及到的“Java的引用”，只是JVM在引用指针还做了一定的封装，这种封装的规则是JVM本身设计的时候做的，它就通过这种结构在外围进行一次封装，比如Java引用不具备直接操作内存地址的能力就是该封装的一种限制规则。这种设计的结构图如下：
JVM需要从一个对象引用来获得该引用能够引用的对象数据存在多个原因，当一个程序试图将一个对象的引用转换成为另外一个类型的时候，JVM就会检查两个引用指向的对象是否存在父子类关系，并且检查两个引用引用到的对象是否能够进行类型转换，而且所有这种类型的转换必须执行同样的一个操作：instanceof操作，在上边两种情况下，JVM都必须要去分析引用指向的对象内部的数据。当一个程序调用了一个实例方法的时候，JVM就必须进行动态绑定操作，它必须选择调用方法的引用类型，是一个基于类的方法调用还是一个基于对象的方法调用，要做到这一点，它又要获取该对象的唯一引用才可以。不管对象的实现是使用什么方式来进行对象描述，都是在针对内存中关于该对象的方法表进行操作，因为使用这样的方式加快了实例针对方法的调用，而且在JVM内部实现的时候这样的机制使得其运行表现比较良好，所以方法表的设计在JVM整体结构中发挥了极其重要的作用。关于方法表的存在与否，在JVM规范里面没有严格说明，也有可能真正在实现过程只是一个抽象概念，物理层它根本不存在，针对放发表实现对于一个创建的实例而言，它本身具有不太高的内存需要求，如果该实现里面使用了方法表，则对象的方法表应该是可以很快被外围引用访问到的。 有一种办法就是通过对象引用连接到方法表的时候，如下图：
该图表明，在每个指针指向一个对象的时候，实际上是使用的一个特殊的数据结构，这些特殊的结构包括几个部分：