Java内存区域

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1、程序计数器。在JVM中是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程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计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

2、Java虚拟机栈。线程私有，它的生命周期和线程相同。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。
2.1、局部变量表存放了编译期可知的基本数据类型、对象引用和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。

3、本地方法栈。为虚拟机使用到的Native方法服务。

4、Java堆。是被所有线程共享的一块内存区域，虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

5、方法区。也是线程共享的内存区域。用于存储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数据。

6、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，这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

7、本机直接内存。

8、HotSpot虚拟机对象探秘

8.1、对象的创建。虚拟机遇到new指令时，首先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，必须先执行相应的类加载过程。

8.2、虚拟机为新生对象分配内存。对象所需的内存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儿确定大小的内存从Java堆中划分出来。

8.2.1、内存分配分为指针碰撞和空闲列表。

8.2.1.1、指针碰撞是指假设Java堆中的内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等距离。

8.2.1.2、空闲列表是指如果Java堆中的内存不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，虚拟机必须维护一个列表，记录上哪些块是可用的，在分配的时候在列表中找到一块儿足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。

8.2.2、还需要考虑的一个问题是对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发的情况下也并不是线程安全的。第一种方法是对分配内存空间的动作进行同步处理。第二种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块儿内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer，TLAB)。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。

8.3、将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)，若使用TLAB，则可提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

8.4、虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息都存放在对象的对象头中。

8.5、上面工作完成后，从虚拟机的视角看，对象已经创建完成，从Java程序的视角看，对象创建才刚开始，init还没有执行，所有的字段都还为零。所以，一般来说，执行new指令之后会接着执行init方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

9、对象的内存布局。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)。

9.1、HotSpot虚拟机的对象头包含两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码，GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID等。第二部分是类型指针，即对象指向它的类元数据指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

9.2、实例数据部分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。

9.3、对齐填充并不是必然存在的，也没有特别的含义。它仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，即对象的大小必须是8字节的整数倍。而对象头部分正好是8字节的整数倍，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

10、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。reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。

10.1、句柄访问。在Java堆中将划分出一块内存来作为句柄池，reference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。

10.2、直接指针访问。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中存储的直接就是内存地址。

读《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》所做的笔记。