深入理解Java虚拟机(一): 内存区域

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Java内存区域

运行时数据区域

Java在运行时会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。

方法区(Method Area)

      (1)线程共享

      (2)存储

类信息

常量

静态变量

即时编译器编译后的代码

(3)非堆

(4)不需要连续的内存

(5)可以选择固定或可扩展

(6)可选择不实现垃圾收集

(7)针对常量池的回收

• 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

        a、常量池：存放编译期生成的字面常量和符号引用

        b、这些常量池中的数据进入方法区后存放在运行时常量池中

        c、动态性：运行期可将新的常量放入池中，例如：String.intern()方法

(8)对类型的卸载

(9)无法满足内存分配需求时会抛出OutOfMemoryError

虚拟机栈(VM Stack)

        (1)线程私有

        (2)生命周期与线程相同

        (3)描述Java方法执行的内存模型

        (4)栈帧

        a、局部变量表：基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）

        b、操作数栈

        c、动态链接

        d、方法出口

        e、64位的long 和double会占用两个局部变量空间，其余的只占一个

        f、编译期完成内存分配

        g、方法运行期间不会改变局部变量表的大小

        h、存储

        i、入栈

        j、出栈

(5)线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度会抛出StackOverFlowError

(6)如果扩展时无法申请到足够内存会抛出OutOfMemoryError

本地方法栈(Native Method Stack)

    (1)为本地方法(Native Method)服务

    (2)<--> 区别于虚拟机栈：为虚拟机执行Java方法服务。

    (3)抛出StackOverFlowError

    (4)抛出OutOfMemoryError

堆(Heap)

    (1)Java虚拟机所管理的内存中最大的一块
    (2)线程共享
    (3)虚拟机启动时创建
    (4)存放对象实例及数组
    (5)垃圾回收管理（GC）主要区域
         - 分代算法
            | 新生代
                eden
                from
                to
            | 老年代
    (6)可划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）
    (7)可处于物理上不连续的内存空间，保证逻辑连续即可
    (8)可通过-Xmx和-Xms控制大小（可扩展）
    (9)堆无法再扩展时会抛出OutOfMemoryError

程序计数器（Program Counter Register）

    (1)较小内存空间

    (2)当前线程的行号指示器

    (3)线程私有的内存

    (4)唯一一个没有OutOfMemoryError的区域

直接内存(Direct Memory)

    (1)NIO中使用基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，使用Native函数库直接分配的堆外内存

    (2)无法满足内存分配需求时会抛出OutOfMemoryError

对象的创建

• (1)类加载检查机制

• (2)为新生对象分配内存

• (3)把一块确定大小的内存从堆中划分出来。

• 选择方式由Java堆是否规整决定

• Java堆是否规整由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

• 由于对象创建是非常频繁的，则在并发情况下不是线程安全的

• 对分配内存空间的动作进行同步处理

• 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中，即TLAB方式。

• 只有在TLAB用完并分配新TLAB的情况下需要同步锁定

• 可以使用-XX:+/-UseTLAB来设定

• 内存规整： 指针碰撞（Bump the Point）

• 内存不规整 空闲列表（Free List）：维护列表并记录哪些是可用的。

• (4)将分配到的内存空间初始化为0(不包含对象头)

• (5)对对象进行必要的设置

• (6)属于哪个类的实例

• (7)如何找到类的元数据信息

• (8)对象的哈希值

• (9)对象的GC分代年龄

• (10)这些数据存放在对象头（Object Header）中

• (11)对象得到创建，但是所有的字段为零，在执行new之后会立即执行方法

对象的内存布局

(1)对象头(Object Header)
    存储对象自身运行时数据（Mark Word），通常在32位和64位的机器上占用32bit和64bit的空间
        哈希吗
        GC分代年龄
        锁状态标志
        线程持有锁
        偏向线程ID
        偏向时间戳
(2)类型指针： 对象指向它的类元数据的指针
    a、虚拟机通过这个指针来确定这个对象属于哪个类

    b、不是所有的对象实例都保留有类型指针
    c、如果对象是数组，还必须有一块用于记录数组长度的数据
(3)实例数据（Instance Data），真正存储的数据
    存储顺序受到虚拟机分配策略参数（Fields Allocation Style）和字段在Java源码中的定义顺序影响
(4)对齐填充(Padding)
    a、不是必要存在的
    b、仅仅起占位作用

对象访问定位

    Java通过栈上的引用(reference)数据来操作堆上的具体对象

句柄访问

(1)堆中划分一块内存作为句柄池

(2)reference中存储对象的句柄地址

(3)句柄中包含对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息

优点：reference中存储稳定的句柄地址，在对象移动时只会改变句柄中的实例数据指针

直接指针

(1)考虑如何放置访问类型数据的相关信息

(2)reference中直接存储对象地址

优点：速度更快，节省一次指针定位的时间

-END-

本文参考《深入理解Java虚拟机》(第二版)

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