深入理解JVM虚拟机--Java内存区域

一、数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把他管理的内存划分为若干个不同的数据区域。如下如所示：

1.1 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域

是块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是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、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

再多线程中，为了线程切换后能回复到正确的执行位置，线程私有

1.2 Java虚拟机栈

线程私有，线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，但扩展式无法申请到足够的内存，则会抛出OutOfMemoryError异常。

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到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小

1.3 本地方法栈

线程私有，与虚拟机栈发挥的作用是非常相似，区别：虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（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。

1.4 Java堆

线程共享，是Java虚拟机管理的内存中的最大的一块。在虚拟机启动时创建，唯一目的是存放对象实例。在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都在堆上分配。也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。

1.5 方法区

线程共享，用于储存JVM加载的类信息、常量、静态变量、即是编译器编译后的代码等数据

1.6 运行时常量池

是方法区的一部分，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区中存放。

二、对象的创建

2.1 对象的创建

首先去检查这个指令的参数是否能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、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。

在类加载检查通过后，接下来虚拟机姜维新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从java堆中划分出来。内存是绝对规整的则使用“指针碰撞”的分配方式。不规整则使用“空闲列表"的分配方式。

2.2 对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）

对象头包括两部分：
1.用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标识、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
2.存储类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

实例数据：
是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要纪录起来。

对齐填充：
并不是必然存在的，仅仅起着占位符的作用

2.3 对象的访问定位

Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机的实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

句柄： Java堆中会划分出一块内存来作为句柄池，reference对象中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

指针：Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址

句柄的好处：reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改

指针的好处：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在java中非常频繁，因此这类开销极少成多后也是一项非常可观的执行成本。HotSpot是使用第二种方法进行对象访问的。

基于深入理解JVM虚拟机的拙劣摘抄

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