第03章_运行时数据区
3.1. 运行时数据区
3.1.1. 概述
本节主要讲的是运行时数据区，也就是下图这部分，它是在类加载完成后的阶段
内存是非常重要的系统资源，是硬盘和CPU的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。
我们通过磁盘或者网络IO得到的数据，都需要先加载到内存中，然后CPU从内存中获取数据进行读取，也就是说内存充当了CPU和磁盘之间的桥梁
JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。
结合JVM虚拟机规范，来探讨一下经典的JVM内存布局。
Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。
灰色的为单独线程私有的，红色的为多个线程共享的。即：
- ==线程间共享：方法区、堆==
- ==线程私有：独立包括虚拟机栈、本地方法栈和堆空间==
每个JVM只有一个Runtime实例。即为运行时环境。
3.1.2. 线程
==线程是一个程序里的运行单元。JVM允许一个应用有多个线程并行的执行。==在Hotspot JVM里，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。
当一个Java线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java线程执行终止后，本地线程也会回收。
操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的CPU上。一旦本地线程初始化成功，它就会调用Java线程中的run()方法。
3.1.3. JVM系统线程
如果你使用console或者是任何一个调试工具，都能看到在后台有许多线程在运行。这些后台线程不包括调用public static void main(String[] args)的main线程以及所有这个main线程自己创建的线程。
这些主要的后台系统线程在Hotspot JVM里主要是以下几个：
虚拟机线程：这种线程的操作是需要JVM达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要JVM达到安全点，这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括”stop-the-world”的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销。
周期任务线程：这种线程是时间周期事件的体现（比如中断），他们一般用于周期性操作的调度执行。
GC线程：这种线程对在JVM里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。
编译线程：这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码。
信号调度线程：这种线程接收信号并发送给JVM，在它内部通过调用适当的方法进行处理。
3.2. 程序计数器(PC寄存器)
3.2.1程序计数器概述
程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都需要依赖这个计数器来完成。
另外，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。
⚠️ 注意：程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。
3.2.2程序计数器的作用
- 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
- 在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。
3.2.3字节码解读
对于以下代码：
public class Practise05 {
public static void main(String[] args) {
int i = 10;
int j = 20;
int k = i + j;
}
}查看字节码文件
对于以下代码：
public class Practise05 {
public static void main(String[] args) {
int i = 10;
int j = 20;
int k = i + j;
String name = "zhangsan";
System.out.println(i);
System.out.println(k);
}
}
3.2.4程序计数器的具体操作
对于以上字节码信息，程序计数器会存储指令地址，再由执行引擎来读取程序计数器当中的指令地址，根据指令地址取出操作指令。
3.2.5程序计数器常见的问题
- 为什么使用PC寄存器记录当前线程的指令地址呢？使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？
因为CPU可以在多个线程之间切换执行，在切换回之前执行的线程时，就需要知道线程执行的指令地址，以用来继续执行。
- PC寄存器为什么被设定为私有的？
我们都知道所谓的多线程在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法，CPU会不停地做任务切换，这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？**为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器，这样一来各个线程之间便可以进行独立计算，从而不会出现相互干扰的情况。**
由于CPU时间片轮转限制，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个处理器或者多核处理器中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。
这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。
- CPU时间片
CPU时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片。
在宏观上：俄们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。
但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。
