1.java程序执行过程

　　 java源代码文件被java编译器编译为字节码(CLASS)文件，然后由JVM中的类加载器加载字节码文件，加载完毕之后，交由JVM执行引擎执行。执行期间，JVM会用一段空间来存储执行期间需要用到的数据和相关信息，这段空间被称为Runtime Data Area(运行时数据区)，也就是JVM内存。

2.方法区的演变

　　方法区和Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。

　　Jdk8之前，HotSpot虚拟机团队选择把收集器的分代设计扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区，这样使得HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存。但是其他虚拟机不存在永久代的概念。使用永久代容易造成内存溢出，而且有极少数方法会因为永久代而导致不同的虚拟机下有不同的表现。

　　Java8中，元空间(Metaspace)登上舞台，方法区存在于元空间(Metaspace)。同时，元空间不再与堆连续，而且是存在于本地内存（Native memory）。本地内存（Native memory），也称为C-Heap，是供JVM自身进程使用的。当Java Heap空间不足时会触发GC，但Native memory空间不够却不会触发GC。

3.Java运行时数据区域　　3.1程序计数器

　　 程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是 Native 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

3.2虚拟机栈

与程序计数器一样，Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

在活动线程中，只有位于栈顶的帧才是有效的，称为当前栈帧。正在执行的方法称为当前方法，栈帧是方法运行的基本结构。在执行引擎运行时，所有指令都只能针对当前栈帧进行操作。

　　在《java虚拟机》规范中，对这个内存区域定义了两种异常。如果是线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverFlowError;如果java虚拟机栈容量可以动态扩展（HotSpot虚拟机的栈容量不可用动态扩展），当内存不够时会抛出OutOfMemoryError。

局部变量表

　　 局部变量表，用来存储方法中的局部变量（包括在方法中声明的非静态变量以及函数形参）。按类型分为基本数据类型（boolean，byte，char，shot，int，float，long，double），对象引用（reference类型，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，或者是一个代表对象的句柄）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）

　　 局部变量表的所需的内存空间在编译期间完成分配，因此在程序执行期间局部变量表的大小是不会改变的。

操作数栈　　

JVM 的执行引擎是基于栈的执行引擎， 其中的栈指的就是操作栈. 虚拟机把操作数栈作为它的工作区——大多数指令都要从这里弹出数据，执行运算，然后把结果压回操作数栈。

下面的示例，它演示了虚拟机是如何把两个int类型的局部变量相加，再把结果保存到第三个局部变量的：

begin

iload_0 // push the int in local variable 0 onto the stack

iload_1 // push the int in local variable 1 onto the stack

iadd // pop two ints, add them, push result

istore_2 // pop int, store into local variable 2

end

在这个字节码序列里，前两个指令iload_0和iload_1将存储在局部变量中索引为0和1的整数压入操作数栈中，其后iadd指令从操作数栈中弹出那两个整数相加，再将结果压入操作数栈。第四条指令istore_2则从操作数栈中弹出结果，并把它存储到局部变量区索引为2的位置

  i++ 和 ++i 的区别：  i++：从局部变量表取出 i 并压入操作栈，然后对局部变量表中的 i 自增 1，将操作栈栈顶值取出使用，最后，使用栈顶值更新局部变量表，如此线程从操作栈读到的是自增之前的值。  ++i：先对局部变量表的 i 自增 1，然后取出并压入操作栈，再将操作栈栈顶值取出使用，最后，使用栈顶值更新局部变量表，线程从操作栈读到的是自增之后的值。  之前之所以说 i++ 不是原子操作，即使使用 volatile 修饰也不是线程安全，就是因为，可能 i 被从局部变量表（内存）取出，压入操作栈（寄存器），操作栈中自增，使用栈顶值更新局部变量表（寄存器更新写入内存），其中分为 3 步，volatile 保证可见性，保证每次从局部变量表读取的都是最新的值，但可能这 3 步可能被另一个线程的 3 步打断，产生数据互相覆盖问题，从而导致 i 的值比预期的小。

动态链接

指向运行时常量池的引用，因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量，所以必须要有一个引用指向运行时常量。

方法返回地址

当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址

3.3本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。本地方法可以通过 JNI(Java Native Interface)来访问虚拟机运行时的数据区，甚至可以调用寄存器，具有和 JVM 相同的能力和权限。对内存不足的情况，本地方法栈还是会抛出 nativeheapOutOfMemory。

JNI 类本地方法最著名的应该是 System.currentTimeMillis()

3.4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。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以 Java 堆中还可以细分为：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。从内存分配的角度来看，线程共享的 Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。 　　

新生代（Young Generation）：这是类出生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生、应用，之后被垃圾回收器收集，结束生命。新生代分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivorspace），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区又分为From和To区。当Eden区的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将Eden区进行垃圾回收（Minor GC），将Eden区中的不再被其它对象应用的对象进行销毁。然后将Eden区中剩余的对象移到From Survivor区。若From Survivor区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到To Survivor区。

老年代（Old Generation）：新生代经过多次GC仍然存活的对象移动到老年区。若老年代也满了，这时候将发生Major GC（也可以叫Full GC），进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会抛出 OOM（OutOfMemoryError）异常。

3.5方法区

方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

在Class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。 在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池，它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式，在类和接口被加载到JVM后，对应的运行时常量池就被创建出来。当然并非Class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池，在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中，比如String的intern方法。

　　jdk 1.7后，移除了方法区间，运行时常量池和字符串常量池都在堆中

　 3.6直接内存

直接内存（Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK1.4中新加入了NIO(Newlnput/Output)类，引入了一种基于通道（Channel)与缓冲区（Buffer)的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。　

4.对象的创建

　　 以创建普通对象为例，当java字节码遇到一条字节码new指令时，首先检查这个指令的参数是否可以在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载，解析和初始化。如果没有，则必须先执行相应的类加载过程。

　　类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需的内存大小在类加载完成后便可以完全确定，为对象分配空间的任务实际上等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

内存分配完成后，虚拟机必须将分配到的内存空间（不包括对象头）都初始化为零值。这步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初值就直接使用，使程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

　　接下来，Java虚拟机还要对对象进行必要的设置。对象头包含两部分信息，第一类是用于存储对象自身运行时数据，如HashCode，GC分代年龄，锁状态标志，线程支持的锁等。对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例

　　经历过以上几步，从虚拟机的角度看，对象已经产生。但是从Java角度来看，还需要执行构造函数，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来