Java虚拟机学习之Java内存区域篇

一、运行时数据区域

（图片来自网络）

上图是Java运行时内存区域模型，这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

二、程序计数器

程序计数器是线程私有的,每个线程独立存储，是所执行的字节码的行号指示器。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。

如果线程正在执行一个Java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。

如果线程正在执行一个Native方法，计数器值为空（Undefined）。

三、Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

是描述Java方法的内存模型。

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。

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从入栈到出栈的过程。

Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

1、如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError。

2、如果虚拟机栈可以动态扩展。如果扩展时无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError。

四、本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈作用相似。区别就是本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务。

也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

五、Java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。

用于存放对象实例，几乎所有的对象实例（数组）都在这里分配内存。（但是还有栈上分配技术、标量替换优化技术）

是垃圾收集器管理的主要区域，有时候被称为GC堆。

可细分为：新生代、老年代。

再细致一点可分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

从内存分配角度看：可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer）

六、方法区

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。

Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是有一个别名叫非堆（Non-Heap）。

也可以称为“永久代”。

这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池是方法区的一部分。用于存放编译器产生的各种字面量和符号引用。

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，运行期间也可能将新的常量放入池中，如String类的intern方法。

七、对象的创建

当虚拟机遇到一条new指令时：

1、首先将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，则执行类加载。

2、类加载检查通过后，虚拟机将会为新生对象分配内存，内存的大小在类加载完成后便可完全确定。分配内存要考虑并发。

3、初始化内存空间为零值（不包括对象头）。这一步操作保证了对象实例字段在Java代码中可以不赋值就直接使用。

4、虚拟机对对象进行必要的设置，这个对象是哪个类的实例、如何找到元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等，这些信息存放在对象头中。

5、执行<init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化。

八、对象的内存布局

三块区域：对象头、实例数据、对齐填充。

1、对象头：

1.1 存储对象自身的运行时数据。（哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等）

1.2 类型指针，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。

注意：如果对象是数组，那么在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据。

2、实例数据

对象真正存储的有效信息

3、对齐填充

并不是必然存在的。

九、对象的访问定位

1、句柄访问，最大的好处是reference中存储的是文档的句柄地址，在对象被移动时只改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

2、直接指针访问，速度快，节省了一次指针定位的时间开销。

（图片来自网络）