【0】README
0.1）本文轉(zhuǎn)自 深入理解jvm， 旨在學(xué)習(xí) java內(nèi)存區(qū)域 的基礎(chǔ)知識；

【1】運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域
1）jvm 所管理的內(nèi)存將會包括以下幾個運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域
1.1）方法區(qū)；（線程共享）
1.2）虛擬機(jī)棧；（線程私有）
1.3）本地方法棧；（線程私有）
1.4）java 堆；（線程共享）
1.5）程序計數(shù)器；（線程私有）
Attention） 除了程序計數(shù)器外，虛擬機(jī)內(nèi)存的其他幾個運(yùn)行時區(qū)域都有發(fā)生 OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出） 異常的可能；

【1.1】程序計數(shù)器（線程私有）
1）程序計數(shù)器： 是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器；（干貨——程序計數(shù)器==行號指示器）
2）其作用： 為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨(dú)立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存；
3）此內(nèi)存區(qū)域：是唯一一個在 jvm 規(guī)范中 沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域；

【1.2】java 虛擬機(jī)棧（線程私有，用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息）
1）虛擬機(jī)棧的作用： 描述的是 java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的時候都會創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息；
2）局部變量表： 存放了編譯器可知的基本數(shù)據(jù)類型，對象引用 和 return address 類型（指向了一跳字節(jié)碼指令的地址）；
3）局部變量空間（Slot）： 其中64 位長度的long 和 double 類型數(shù)據(jù)都會占用兩個局部變量空間（slot），其余的數(shù)據(jù)類型占用1個；（干貨——引入slot==局部變量空間）
4）jvm 在該區(qū)域規(guī)定了兩種異常：?
Exception1）如果線程請求的棧深度大于jvm 所允許的深度，將拋出 StackOverFlowError 異常；
Exception2）如果虛擬機(jī)棧可以動態(tài)擴(kuò)展，如果擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存，就會拋出 OutOfMemoryError 異常；

【1.3】本地方法棧（線程私有）
1）本地方法棧的作用于 虛擬機(jī)棧的作用相似；
2）他們作用的區(qū)別在于： 虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行 java（字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧為 虛擬機(jī)使用到的 Native 方法（本地方法）服務(wù)；

【1.4】java 堆（存放對象實例，線程共有）
1）java 堆的唯一作用：存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存；
2）GC堆（垃圾收集堆）： java 堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱為 GC堆（Garbage Collected Heap）；
3）從內(nèi)存回收的角度看：由于現(xiàn)在收集器基本都采用分代收集算法，所以 java 堆還可以分為： 新生代 和 老年代；（干貨——在java堆中引入新生代和老年代）
4）從內(nèi)存分配的角度來看：線程共享的 java 堆可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）；
5）java堆 可以處理物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中， 只要邏輯上是連續(xù)的即可；
6） java 堆是可擴(kuò)展的，不過當(dāng)前主流的jvm 都是按照可擴(kuò)展來實現(xiàn)的（通過 Xmx 和 -Xms 控制）， 如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴(kuò)展，將會拋出 OutOfMemoryError 異常；

【1.5】方法區(qū)（用于存放 class 的相關(guān)信息，線程共有）
1）方法區(qū)的作用：用于存儲被虛擬機(jī)加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，即時編譯器（JIT）編譯后的代碼等數(shù)據(jù)；
2）方法區(qū)除了和 java 堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集；
3） 方法區(qū)的內(nèi)存回收目標(biāo)： 主要是針對常量池的回收和對類型的卸載；

【1.6】運(yùn)行時常量池
1）運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分；
2）Class 文件中除了有類的版本，字段，方法，接口等描述信息外，還有一個信息——常量池；（干貨——引入常量池）
3）常量池的作用：用于存放編譯器生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時常量池中存放；
４）運(yùn)行時常量池的一個重要特征：具備動態(tài)性；（干貨——運(yùn)行時常量池的具備動態(tài)性）
看個荔枝）： 并非預(yù)置入 Class 文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時常量池，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中， 這種特性被開發(fā)人員利用的多的便是 String類的 intern 方法；

【1.7】直接內(nèi)存
0）直接內(nèi)存： 分配在本機(jī)直接內(nèi)存上，不是 jvm 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，但被頻繁地使用；
1）jdk1.4 中新加入了NIO（new input/output）類： 引入了一種基于通道與緩沖區(qū)（buffer）的IO方式，他可以使用 Native 函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在java 堆中的DirectByteBuffer 對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作，這樣能在一些場景中提高性能，因為避免了在 java 堆 和 Native 堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)；
2）顯然，本機(jī)直接內(nèi)存的分配不會受到 java 堆大小的限制；

【2】HotSpot 虛擬機(jī)對象探秘
1）對象的創(chuàng)建steps：
step1）是否執(zhí)行類加載過程：虛擬機(jī)遇到一條new指令，首先去檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載，解析和初始化過。如果沒有，那必須執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程；
step2）分配內(nèi)存： 接下來 虛擬機(jī)將為新生對象分配內(nèi)存。（內(nèi)存分配方式有： 指針碰撞 和 空閑列表）
problem）：對象創(chuàng)建在虛擬機(jī)中是非常頻繁的行為，即使是僅僅修改一個指針指向的位置， 在并發(fā)情況下也并不是線程安全的。如，可能出現(xiàn)正在給對象A分配內(nèi)存，指針還未來得及修改，對象B 又同時使用了原來指針來分配內(nèi)存的情況；
solution1）：對分配內(nèi)存空間的動作進(jìn)行同步處理——實際上采用 CAS 配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；
solution2）：吧內(nèi)存分配的動作按照線程劃分在不同的空間中進(jìn)行，即每個線程在 java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，稱為本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），只有TLAB用完并分配新的TLAB時，才需要同步鎖定；（干貨——每個線程在 java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，稱為本地線程分配緩沖）
step3）初始化為零： 內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到 的內(nèi)存空間都初始化為零值；
step4）虛擬機(jī)對對象進(jìn)行必要的設(shè)置： 如這個對象的類是什么，如果才能找到類的元數(shù)據(jù)信息，對象的哈希碼，對象的GC 分代年齡等信息。這些信息存放在對象的對象頭中；（干貨——引入了對象頭）
step5）執(zhí)行 <init>方法： 執(zhí)行完new 執(zhí)行后，會執(zhí)行 init 方法，把對象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化；

【2.1】對象的內(nèi)存布局
1）對象的內(nèi)存布局分為3個區(qū)域： 對象頭， 實例數(shù)據(jù) 和 對齊填充；
2）HotSpot 虛擬機(jī)的對象頭包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：
2.1）對象頭第一部分（Mark Word）：用于存儲對象自身的運(yùn)行時數(shù)據(jù)，如哈希碼，GC分代年齡，鎖狀態(tài)標(biāo)志，線程持有的鎖，偏向線程ID，偏向時間戳，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在 32位 和 64 位的虛擬機(jī)（未開啟壓縮指針）中分別為 32bit 和 64 bit， 官方稱為 “Mark Word”；（干貨——引入對象頭的Mark Word）；對象頭信息是與對象自身定義 的數(shù)據(jù)無關(guān)的額外存儲成本，考慮到虛擬機(jī)的空間效率，Mark Word被設(shè)計成 非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在 極小的空間內(nèi)存儲盡量多的信息；（干貨——對象頭信息是與對象自身定義 的數(shù)據(jù)無關(guān)的額外存儲成本）
Complementary）HotSpot 虛擬機(jī)對象頭 Mark Word： 2.2）對象頭第二部分（類型指針）：類型指針， 即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例；
3）對象的實例數(shù)據(jù)區(qū)域：是對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容；
4）對象的對齊填充區(qū)域： 沒有什么特別的含義，它僅僅起著占位符的作用， 換句話說，就是對象的大小必須是 8字節(jié) 的整數(shù)倍；

【2.3】對象的訪問定位
1）java 程序需要通過 棧上的 引用數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。
2）引用應(yīng)該通過何種方式去定位，訪問堆中的對象的具體位置，目前主流的訪問方式有 使用句柄 和 直接指針兩種；（干貨——棧上引用訪問堆上對象的主流訪問方式）
2.1）使用句柄訪問方式： 那么java 堆中將會劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池，引用數(shù)據(jù)中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄地址包含了對象實例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)各自的具體地址；

2.2）使用直接指針訪問（Sun HotSpot 使用這種方式訪問）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的jvm(2)-java内存区域的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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