Java 内存区域

• 以下内容为阅读 深入理解Java虚拟机（第2版）后的笔记及对 JDK8 的实践补充。看完这本书后最大的感觉就是，，，再看一遍，很多原来理解不了的知识点就可以看懂了，因为很多内容是前后呼应的。有兴趣的可以去阅读这本书，强推。

运行时数据区域

程序计数器

• 线程私有
• CPU 一般是分片运行的，线程转换的时候需要记录当前指令的位置，以便下一次运行时从中断处继续，这个就是程序计数器的作用。每一个线程有一个独立的程序计数器。
• 对于 Java 方法，计数器记录的是当前指令的地址；对于本地方法，则为 null。所以程序计数器不会发生 OutOfMemoryError

Java 虚拟机栈

• 线程私有
• 虚拟机栈描述的是 Java 方法（不包括本地方法） 执行的内存模型

每个方法执行时都会产生一个栈帧，用于存储 局部变量表，操作数栈 等信息。方法的执行就是其相对应的栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程

本地方法栈

• 对应于 Java 虚拟机栈，用来执行本地方法
• 很多虚拟机实现将 Java 虚拟机栈和本地方法栈合并，如 HotSpot

Java 堆

• 线程共享，但可以在堆中分配线程私有的分配缓冲区 （Thread Local Allocation Buffer，TLAB）
• 存放 Java 对象的位置，同时也是垃圾收集的主要区域（收集器现采用分代收集算法，将 Java 堆分成新生代和老年代等）
• Java 堆是物理上不连续，但逻辑上连续的内存区域，类似磁盘

JVM options	作用
-Xms	堆的起始内存
-Xmx	堆的内存上限
-Xmn	堆的新生代所占内存大小，通常为堆的 1/4
-XX:+/-UseTLAB	分配缓冲区的开关，server 模式默认开启

方法区

• 线程共享
• 方法区和堆很像，堆存放的是普通实例对象，而方法区存放的是 Class 对象 （类的加载）。为了与堆区分开来，方法区也被称为 Non-Heap。
• 方法区也用来存储虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等数据。
• 运行时常量池 是方法区中一个很重要的区域，用来存储常量 （常量可以是编译 Class 文件时产生的，也可以是运行时产生的，所以成为运行时常量池）

早期 HotSpot 使用 永久代 来实现方法区，但很容易遇到内存溢出的错误，因为永久代是固定的，可以通过 -XX:MaxPermSize 来设置上限，但不方便。如今多采用 Native Memory 来实现方法区，上限为本地内存的容量（如 32 位系统的容量为 4G），Java8 已经废弃了 永久代，改而使用 元空间 来实现方法区。

直接内存

• 直接内存很特殊，它不算运行时数据区，但是很重要

Java 中的 nio 执行时使用的是本地内存，然后在虚拟机中通过对象来直接操作这部分内存，可理解为代理模式。这样可以避免数据在本地内存与堆内存的来回复制。这部分内存就被称为 直接内存 。

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HotSpot 中的对象

ps：HotSpot 是 JDK 自带的虚拟机

对象创建

1. 类加载检查

虚拟机遇到一个 new 指令时，先去常量池中检查是否含有这个类的符号引用，并且检查这个类是否已经被加载，解析与初始化过。（如果没有则先进行这些步骤）

2. 为创建的对象分配内存

• 对象所需要的内存大小在类加载的时候就能够确定。
  
• 内存分配方式跟具体的虚拟机堆是否规范有关（如果堆内存把已用的放一边，空闲的放另一边，则堆是规整的；如果堆内存已用的和空闲的交错分布，则为不规整的。堆是否规整与收集器是否支持压缩整理功能有关，再深一点地讲，是否规整与收集器使用什么算法有关，使用复制算法和标记-整理算法为规整的，使用标记-清除算法为不规整的）。如果堆是规范的可直接将指针移动相应的大小（指针碰撞）；如果堆是不规范的可在堆中维护一个空闲列表，记录堆中所有空闲的内存区域。
  
• 对象在虚拟机中创建是一种非常频繁的行为，即使只是最简单的修改指针的值，在多并发情况下还是很容易出错。常见的解决方法有：
  * 通过 CAS（比较与交换）和错误重启的方式来保证更新操作的原子性；
  * 通过 TLAB（本地线程分配缓冲区）来分配内存

3. 初始化对象中内部对象的零值，如 int 变量为 0，Object 变量为 null 等
4. 初始化对象头（Object Header）
5. 最后执行 <init> 方法，初始化对象结束。

对象结构

• 对齐补充，起占位符的作用，因为 HotSpot 自动内存管理要求对象的大小是 8 个字节的整数倍。
• 对象头

• Mark Word，用来记录对象自身的运行时数据，包括哈希码，GC 分代年龄，锁状态标志等信息。
• 类型指针，用来指向方法区中与对象相对应的 Class 对象。（在 使用句柄来表示引用 的虚拟机中可以不要这部分数据，而 HotSpot 使用的是直接指针，所以需要类型指针。）
  
  ps（句柄与直接指针）：
• 句柄中保存着 实例对象的引用 和 类型对象的引用。
• 垃圾回收之后经常会移动对象，如果使用句柄来表示引用的话，这个时候只需要改变句柄中指向实例对象的引用。但同时因为是间接的访问引用，所以不如直接指针快。
• 两种方式各有优缺，HotSpot 使用直接指针，也有大多数虚拟机使用句柄。

• 实例数据