大家好，我是大圣，很高兴又和大家见面。
今天给大家带来图解 JVM 系列的第四篇文章，我们写的 Java 程序是怎么在JVM 里面存储的。本次大纲如下：
前面知识回顾
上一篇 图解JVM系列：揭秘运行时数据区的设计与实现 文章说了JVM 运行时数据区的设计理念，我们是通过 冯·诺依曼结构 来类比引出JVM 运行时数据区的各个区域，如下图：
本文会通过 java 代码的案例，来解释这段代码在运行时数据区中的方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器里面是怎么存放的。从而引出JVM 运行时数据区各个区域存放的内容。
Java 程序在 JVM中的存储
大家先看下面这段代码：
public class JVMExample {
// 静态变量存储在方法区
private static String staticVariable = "Static Variable";
// 实例变量存储在堆
private String instanceVariable;
public JVMExample(String instanceVariable) {
this.instanceVariable = instanceVariable;
}
public static void main(String[] args) {
// 局部变量存储在虚拟机栈
int localVariable = 10;
// 对象存储在堆，引用存储在虚拟机栈
JVMExample example = new JVMExample("Instance Variable");
// 调用实例方法
example.instanceMethod(localVariable);
// 调用静态方法
staticMethod();
}
public void instanceMethod(int localVar) {
// 局部变量存储在虚拟机栈
System.out.println("Instance Method");
System.out.println("Local Variable: " + localVar);
System.out.println("Instance Variable: " + this.instanceVariable);
}
public static void staticMethod() {
// 局部变量存储在虚拟机栈
System.out.println("Static Method");
System.out.println("Static Variable: " + staticVariable);
}
}
代码解释和运行时数据区对应
类定义 JVMExample
private static String staticVariable = “Static Variable”;
静态变量：存储在方法区。方法区用于存储类相关的信息，如类名、方法数据、静态变量等。
private String instanceVariable;
实例变量：每个JVMExample对象的实例变量都存储在堆内存中。堆内存主要用于存储所有的对象实例。
构造函数 JVMExample(String instanceVariable)
这个构造函数用来初始化新创建的对象的实例变量。
main 方法
int localVariable = 10;
局部变量：存储在虚拟机栈的栈帧中。每当调用一个方法时，都会为这个方法创建一个栈帧。
JVMExample example = new JVMExample(“Instance Variable”);
创建了JVMExample类的一个新对象。对象存储在堆内存中，而example（对象的引用）存储在虚拟机栈中。
example.instanceMethod(localVariable);
调用instanceMethod实例方法，并将localVariable作为参数传递。
staticMethod();
调用静态方法staticMethod。
instanceMethod 实例方法
打印传入的局部变量和实例变量的值。localVar作为参数传入，存储在虚拟机栈中，而this.instanceVariable引用了存储在堆中的对象的实例变量。
staticMethod 静态方法
打印静态变量staticVariable的值。静态变量存储在方法区，与类JVMExample相关联，而不是与任何对象实例相关联。
运行时数据区解释
方法区
结合上面的 JVMExample 类的代码，我们可以看到如何将这些概念应用到 Java 虚拟机（JVM）的方法区：
类信息:
在方法区中，JVMExample 类的信息被存储，这包括了类的名称 JVMExample、它的父类（在 Java 中默认为 Object 类，除非另有指定）、类中定义的方法（如 main、instanceMethod、staticMethod）、以及类的变量（如实例变量 instanceVariable 和静态变量 staticVariable）。
常量池:
常量池存储了编译期生成的字面量和符号引用。例如，在 JVMExample 类中，字符串 “Static Variable” 和 “Instance Variable” 作为字面量可能会存储在常量池中。
静态变量:
类的静态变量 staticVariable 存储在方法区。这意味着 staticVariable 不属于 JVMExample 类的任何特定实例，而是与类本身关联的，因此在方法区中全局存储。
方法数据:
对于类中定义的每个方法，方法区存储了它们的字节码（即 Java 代码编译后的形式）、方法的参数（例如 instanceMethod 的参数 localVar）、返回值类型（在这个例子中，所有方法都返回 void，即无返回值）以及访问修饰符（如 public、private 等）。
堆
在Java虚拟机（JVM）中，堆是运行时数据区的一个主要组成部分，主要用于存储对象实例和数组。在上面的 JVMExample 类中，与堆相关的数据主要包括：
对象实例:
当创建一个类的实例时，例如通过 new JVMExample(“Instance Variable”)，这个实例对象存储在堆内存中。这包括该对象的所有实例变量（非静态变量），在本例中是 instanceVariable。
堆是所有线程共享的内存区域，因此从任何线程都可以访问这些对象（前提是有它们的引用）。
数组:
如果在程序中创建了任何类型的数组（例如 int[]、Object[] 等），这些数组也会存储在堆中。
像对象实例一样，数组也是由所有线程共享的。
在堆内存中，对象和数组不仅仅是存储它们自身的数据（例如字段值），还包括一些额外的信息，如对象的类信息、对象的监视器（用于同步）等。由于堆是一个动态分配的内存区域，它可以在运行时根据需要扩展或收缩。
垃圾回收主要发生在堆内存中。当对象不再被任何线程引用时，JVM的垃圾回收器会自动清理这些对象，释放内存空间，以便该空间可以重新用于未来的对象分配。
因此，在 JVMExample 示例中，每当创建 JVMExample 类的一个新实例时，这个新对象就会在堆内存中分配空间。这使得JVM能够有效地管理各个对象的生命周期，同时优化内存使用和回收。
Java 虚拟机栈
在JVM（Java虚拟机）中，虚拟机栈（JVM Stack）是每个线程私有的内存区域，主要用于存储局部变量、操作数栈、动态链接信息、方法出入口等信息。结合上面提供的 JVMExample 类，我们可以具体探讨虚拟机栈中的数据类型：
局部变量:
在方法内部定义的变量称为局部变量。例如，在 main 方法中定义的 int localVariable = 10; 和 instanceMethod 方法中的 int localVar 都是局部变量。
这些变量存储在虚拟机栈的栈帧中，每个方法调用时都会创建一个新的栈帧。
对象引用:
虽然对象本身存储在堆内存中，但对这些对象的引用（即变量，它们保存了对象在堆中的地址）存储在虚拟机栈上。例如，在 main 方法中的 JVMExample example 是一个对象引用，指向堆中的 JVMExample 实例。
方法调用的信息:
当一个方法被调用时，相关的信息（如输入参数、返回地址等）存储在虚拟机栈的栈帧中。在 main 方法调用 instanceMethod 和 staticMethod 方法时，这些方法的调用信息被压入虚拟机栈。
操作数栈:
在执行方法时，虚拟机栈还用于存储操作数栈，这是一个用于存储临时变量和操作数的数据结构。例如，计算表达式时使用的临时变量和操作数。
动态链接信息:
每个栈帧还包含动态链接信息，用于支持方法调用中的动态绑定。
在 JVMExample 类中，当 main 方法执行时，它的局部变量 localVariable 和对象引用 example 存储在虚拟机栈中。当调用 instanceMethod 方法时，该方法的局部变量 localVar 也存储在虚拟机栈的一个新栈帧中。同样，任何在这些方法中进行的操作（如计算或方法调用）都会涉及虚拟机栈的操作。
总的来说，虚拟机栈是执行Java程序的核心组件之一，负责存储局部变量、控制方法执行流程、处理方法调用和返回操作等。这种设计有助于快速的方法调用处理和局部变量的高效管理。
本地方法栈和程序计数器
在Java虚拟机（JVM）中，本地方法栈（Native Method Stack）和程序计数器（Program Counter, PC）是两个关键的运行时数据区域，它们与虚拟机栈（JVM Stack）有着不同的作用和存储内容，结合上面的 JVMExample 类来具体了解它们存储的数据。
本地方法栈（Native Method Stack）:
本地方法栈类似于虚拟机栈，但它是为虚拟机使用的本地（Native）方法服务的。
当JVM使用到本地方法（即使用Java Native Interface（JNI）调用的非Java代码，如C/C++代码）时，本地方法栈就会被使用。
在上面的 JVMExample 类中，并没有直接调用本地方法，所以本例中不涉及本地方法栈的使用。但如果有的代码中调用了像System.loadLibrary()这样的JNI方法，那么本地方法栈就会被使用。
程序计数器（Program Counter, PC）:
程序计数器是一个较小的内存空间，它存储当前线程所执行的字节码的行号指示器。每个线程都有自己的程序计数器。
在任何时刻，每个线程都在执行一个方法（称为当前方法）。如果这个方法不是本地方法，程序计数器就存储正在执行的字节码指令的地址；如果是本地方法，程序计数器的值则是undefined。
在上面的 JVMExample 类中，当 main 方法、instanceMethod 或 staticMethod 被执行时，程序计数器会指向当前正在执行的字节码指令的地址。
总结来说，虽然上面的 JVMExample 类中没有直接涉及本地方法的调用，但如果有本地方法的调用，本地方法栈会被用于存储本地方法调用的状态。程序计数器则在任何时候都在工作，指向当前线程正在执行的字节码的具体位置，确保线程执行顺序的准确性和线程切换后能恢复到正确的执行位置。
在这里我给大家画了一张，上面的示例代码里面的对象在JVM运行时数据区里面的分布图，如下：
堆内存的深入讲解
在上篇文章中，我们只是说了在 JVM 运行时数据区里面有堆这个部分，用来存储实例对象的。其实堆在运行时数据区当中还会继续细分的，大家看我下面举得例子：
举例理解
想象一下，JVM的堆内存就像一个城市的垃圾处理系统。在这个系统中，有不同的处理区域，每个区域处理不同类型的垃圾。
年轻代（Young Generation） - 这就像城市中的临时垃圾收集点。新产生的垃圾（在JVM中，这对应于新创建的对象）首先被放在这里。这个区域相对较小，垃圾（对象）在这里不会停留太久。
Eden区：这就像一个主要的垃圾投放点。新垃圾被丢进这里。一旦这个区域满了，就需要进行一次清理（对应于JVM中的Minor GC）。
两个Survivor区（S0和S1）：它们像是用于临时存放那些从主垃圾投放点筛选出来的、还需要进一步处理的垃圾。在JVM中，这对应于在一次Minor GC之后仍然存活的对象。
老年代（Old Generation） - 这可以想象成城市的主要垃圾填埋场。只有那些在临时收集点存放了很长时间，经过多次筛选仍然需要保留的垃圾（在JVM中，这对应于那些经历了多次Minor GC后仍然存活的对象）才会被转移到这里。这个区域更大，垃圾在这里停留的时间更长，清理频率也更低。
专业解释
JVM 运行时数据区里面堆的划分如下：
在JVM（Java虚拟机）的运行时数据区中，堆（Heap）是一个非常重要的部分，主要用于存储Java程序中创建的对象和数组。堆的内存由所有线程共享，是垃圾回收的主要区域。下面是关于堆及其子区域的详细介绍：
堆（Heap）:
它是JVM内存管理的主要区域，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
堆的大小可以调整，这对性能调优至关重要。
堆内存分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
年轻代（Young Generation）:
新创建的对象通常首先被分配到年轻代。
年轻代包含了Eden区和两个Survivor区（通常被称为S0和S1）。
当Eden区满时，会进行一次Minor GC（垃圾回收），将还存活的对象转移到一个Survivor区（比如S0）。
Eden区（Eden Space）:
是年轻代中对象最初分配的地方。
当对象在Eden区存活足够长的时间后，它们会被移动到Survivor区。
Survivor区（S0和S1）:
这两个区域用于存储从Eden区转移过来的存活对象。
Survivor区分为两个部分：S0（Survivor Space 0）和S1（Survivor Space 1）。
在一次Minor GC后，存活的对象会从Eden区移到一个Survivor区（比如S0），在下一次GC中，这些对象可能会被移动到另一个Survivor区（比如S1）或者老年代。
老年代（Old Generation）:
存储长时间存活的对象。
当年轻代中的对象经历了多次GC依然存活时，它们会被移到老年代。
老年代的垃圾回收频率通常低于年轻代，因为假设老年代中的对象通常会存活较长时间。
通过这样的设计，JVM能够有效管理内存。新对象被频繁创建和销毁，所以它们被放在年轻代，这样就可以快速清理掉那些很快就不再需要的对象。
而那些存活时间更长的对象则被移动到老年代，因为它们不太可能很快被回收，所以可以减少对这部分内存的频繁清理，提高效率。这就像在城市垃圾处理中，通过不同的处理区域和方法来优化处理效率和空间使用。
总结
本文回顾
本文说了通过一个 Java 代码入手，然后讲解了 JVM 运行时数据区各个区域存储的是 Java 代码里面的哪些代码，让大家对 JVM的运行时数据区有了更一步的认识。
然后又说了堆内存的再次划分，其中堆的话划分为 Young 区和 Old 区，Young 里面又分为Eden区和两个Survivor区（S0和S1），大家可以记上面话的堆的那张图。
下篇文章我会用一个对象实例，把它从实例化，创建，GC，Old 区回收这一整个流程讲一遍，大家还会有新的认知，就是从不同的角度给大家讲解 JVM 运行时数据区这块的内容，来让大家理解。
本文重点内容
本文的重点我觉得就是以后我们写完 Java 代码之后，我们要知道这个代码在 JVM 里面是怎么存储的。
比如哪些对象堆上面，哪些东西存储在栈上面，每次调用一个方法都会创建一个栈帧，一个栈帧里面包括哪些内容，哪些内容存储在方法区里面，堆内存的划分为什么要划分出来这么多区域，解决了什么问题。
大家面对自己写的代码要会画这个代码在 JVM 运行时数据区里面的分布图，比如我上面画的示例代码的分布图一样，这样可以更好地帮助我们分析程序。
预告与彩蛋
预告
下一篇文章会再说运行时数据区的一些东西，比如一个对象的整个生命周期，栈帧，GCRoot，强引用等，为后面讲JVM 垃圾回收器打个基础。因为这里面涉及到很多的概念，如果都放在一篇文章来说很容易看不下去，就劝退了。
还有一个我想说的就是这个 JVM 不是看一遍就学会了，因为这个东西里面涉及到很多概念性的东西，所以通常都要多看几遍，然后隔一段时间再看一遍 。
JVM 里面肯定还有没有讲到的，但是我讲的都是 JVM 里面最重要的东西了，但是我讲的肯定有不足的地方，大家如果想再深入的学习，可以自己再找资料看看。
彩蛋
如果你看到这里，你真的很棒了，没有被这么多枯燥的概念劝退。下面我想出一个 Java 的题目，大家可以看一下，题目如下：
public class Parent {
public int value;
public Parent(int value) {
this.value = value;
}
public void addValue() {
value += 2;
}
}
class Child extends Parent {
public int value;
public Child(int value) {
super(value);
this.value = value;
}
public void addValue() {
value += 6;
}
}
class Main {
public static void main(String[] args) {
Parent parent = new Child(3);
parent.addValue();
System.out.println("value的值为：" + parent.value);
}
}
问题如下：
1.请问打印出来value的值是多少？
2.请画出来这个程序在 JVM 里面的分布
欢迎大家来讨论，带上自己的答案来私聊我，如果两题都答对的话，可以来找我领红包。