Java内存区域——JVM读书笔记<一>

Java虚拟机运行时数据区

运行时数据区主要包括：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

其中方法区和栈是线程共享的区域，另外三块区域是每个线程私有的区域。各个数据区的功能简单说明如下：

程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器。

虚拟机栈：描述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，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。如果栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。如果栈扩展时无法申请到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError异常（下述的本地方法栈类同）。

本地方法栈：与虚拟机栈的作用类似。虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为Native方法服务。

Java堆：在虚拟机启动的时候创建，作用是存放对象实例。通过-Xmx和-Xms控制堆的大小。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将抛出OutOfMemoryError异常。

方法区：作用是存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等（在HotSpot中称此区域为Permanent Generation）。

对象的创建

对象的创建包括四个步骤：类加载检查、为新生对象分配内存、初始化为零值、设置对象头。

一、类加载检查

虚拟机遇到一条new指令时，收件将检查该指令的参数是否能在常量池（运行时常量池是方法区的一部分。Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。）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、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。

二、为新生对象分配内存

对象所需内存大小在类加载完成后便完全确定，则分配内存等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分开来。分两种情况：Java堆中内存是绝对规整的（称为指针碰撞，Bump the pointer）、内存不规整（称为空闲列表，Free List）。在规整的Java堆中，用过的内存放一边，空闲的内存放一边，中间放一个指针作为分界点。在不规整的Java堆中，虚拟机维护一个列表记录哪些块是可用的。选择那种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整由采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。如：在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，采用的分配算法是指针碰撞；而使用CMS基于Mark-Sweep算法的收集器时，采用空闲列表。

三、分配内存过程需要保证线程安全

对分配内存空间的动作进行同步处理；或者是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间进行（即本地线程分配缓冲Thread Local Allocation Buffer）。

四、对象头的设置

说明是哪个类的实例、如何找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC年龄。

对象的访问定位

Java程序通过栈上得reference数据操作堆上得具体对象。有两种访问方式：使用句柄和直接指针。

一、使用句柄

reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象实例数据被移动时（垃圾回收时）只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要改变。

二、使用直接指针

速度快，因为它节省了一次指针定位的时间开销。

说明：本文的内容参考书籍《深入理解Java虚拟机（第2版）》