JVM-Java内存区域

运行时数据区：

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1、程序计数器：

当前线程所执行的字节码指令的行号指示器。在Java虚拟机的概念模型里，字节码解释器的工作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，它是程序控制流的指示器，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。

线程私有，不会出现OutOfMemoryError异常。

2、Java虚拟机栈：

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

线程私有。如果线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果Java虚拟机栈的容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈：

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

4、Java堆：

Java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块。“几乎”所有的对象实例和数组都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中把它称作“GC堆”。

线程共享。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，Java虚拟机会抛出OutOfMemoryError异常。

5、方法区：

方法区用来存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。这块内存回收的主要目标是针对常量池的回收和对类型的卸载。

线程共享。如果方法区无法满足新的内存分配的需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

永久代：

在JDK8之前，许多Java程序员都习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序，很多人都更愿意把方法区称为“永久代”。但本质上二者是不等价的。

元空间：

在JDK6，HotSpot团队逐步改为采用本地内存的方法来实现方法区的计划了。到了JDK8，终于完全废除了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间来代替，把JDK7中永久代还剩余的内容（主要是内存信息）全部移到元空间中。

为什么用元空间代替永久代？

1、避免OOM。使用永久代导致Java应用更容易遇到内存溢出的问题：永久代有-XX：MaxPermSize的上限，即使不设置也有默认大小。元空间存在本地内存中，有系统实际可用空间来控制，当然也可以控制大小-XX：MaxMetaSpaceSize。

2、提高GC性能：永久代会位GC带来不必要的复杂度，而且回收效率偏低。

3、合并HotSpot和JRockit：在Oracle收购BEA取得JRockit的所有权后，准备把JRockit中的优秀功能移植到HotSpot虚拟机时，因为两者都对方法区的实现的差异而面临很多困难。

对象的创建：

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1、类加载：

当Java虚拟机遇到一条字节码new指令时，首先将去检查这个指令的参数能否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。

2、分配内存：

在类加载检查通过后，虚拟机将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就可以完全确定，为对象分配空间的任务实际上便等于把一块确定大小的内存块从Java堆中划分出来。

分配内存的方法：

指针碰撞：如果Java堆中的内存是绝对规整的，所有被使用过内存都被放到一边，空闲的内存被放到另一遍，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配的内存就仅仅是把那个指针向空闲空间的方向挪动一段与对象大小相等的距离。

空闲列表：如果Java堆中的内存并不是规整的，已经使用过内存和空闲的内存交错在一起，虚拟机必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。

并发情况下产生的问题：

1、对分配内存空间的动作进行同步处理，实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。

2、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内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB），哪个线程需要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，通过-XX+：-UseTLAB参数来设定。

3、初始化零值：

内存分配完后，虚拟机必须将分配到的内存空间（不包括对象头）都初始化为零值，如果使用了TLAB，这项工作也可以提前到TLAB分配时顺便进行。这步操作保证了对象的实例字段在Java代码中不赋初值也可以直接使用。

4、设置对象头：

接下来Java虚拟机堆对象进行必要的设置，例如这个对象时哪个类的实例等。

5、执行<init>（）方法：

上述操作完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的视角看来，对象的创建才刚刚开始。一般来说，new指令之后会接着执行<init>（）方法，按照程序员的意愿对对象进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。

对象的内存布局：

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对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头、实例数据和对齐填充。

1、对象头：

HotSpot虚拟机的对象头包括两类信息：

用于存储对象自身的运行时数据：如哈希码（HashCode）、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。

类型指针：即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。但并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。

2、实例数据：

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面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字段都必须记录起来。

3、对齐填充：

对齐填充并不是必然存在的，也没有特殊的含义，仅仅起着占位符的作用。由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象的起始位置必须是8字节的证书倍，换句话说就是任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

对象的访问定位：

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我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种：

1、使用句柄：

如果使用句柄访问的话，Java堆中可能会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具体的地址信息。

优点：使用句柄来访问最大的好处就是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本身不需要被修改。

2、直接指针：

如果使用直接指针访问的话，Java堆中的对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象的地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销。

优点：使用直接指针来访问的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销。