Java虛拟機記憶體區域概述

1.運作時資料區域

五大部分：虛拟機棧、本地方法棧、程式計數器、堆、方法區

• 由所有線程共享的資料區：虛拟機棧、本地方法棧、程式計數器
• 線程隔離的資料區：堆、方法區

2.程式計數器

• 看作目前線程所執行的位元組碼的行号訓示器
• 目的：為了線程切換後能恢複到正确的執行位置
• 線程私有

3.Java虛拟機棧

• Java方法執行的線程記憶體模型
• 方法執行時，存儲局部變量表、操作樹棧、動态連接配接、方法出口等資訊
• 一個方法被調用直至執行完畢的過程，對應Java虛拟機中入棧到出棧的過程
• 線程私有

虛拟機棧兩類異常情況：

1. 如果線程請求的棧深度大于虛拟機允許的深度，抛出StackOverflowError異常
2. 如果虛拟機棧容量可以動态擴充，當棧擴充時無法申請到足夠的記憶體時，抛出OutOfMemoryError異常

Note：目前主流的HotSpot虛拟機 ，不允許動态擴充

是以除非在建立線程申請記憶體時無法得到足夠記憶體而報錯StackOverflowError，否則報錯OutOfMemoryError

4.本地方法棧

• 與虛拟機棧發揮的作用相似
• 虛拟機棧 ：執行Java方法服務 本地方法棧：為虛拟機使用到的本地方法服務
• 有的虛拟機（如HotSpot），直接将本地方法棧與虛拟機棧合二為一
• 線程私有

5.Java堆（重點）

• 唯一目的：存放對象執行個體，虛拟機管理的記憶體中最大的一塊

由于即時編譯技術的進步，Java對象執行個體都配置設定在堆上不那麼絕對了

• Java堆是垃圾收集器管理的記憶體區域，稱為GC堆
• 線程共享
• 從記憶體配置設定的角度上看，所有線程共享的Java堆中可以劃分出多個線程私有的配置設定緩沖區，以提升對象配置設定時的效率

6.方法區

• 存儲已經被虛拟機加載的類型資訊、常量、靜态變量、即時編譯器編譯後的代碼緩存等資料
• 别名“非堆”，為了與Java堆區分開來
• 方法區的限制非常寬松，除了和Java堆意義不需要連續記憶體、可以選擇固定大小或可擴充外，甚至可以選擇不實作垃圾收集
• 過去用永久代來實作方法區，現在用原空間來代替
• 線程共享

7.運作時常量池

• 方法區的一部分，同樣受限于方法區
• 常量池表：用于存放編譯器生成的各種字面量和符号引用
• 類的版本、字段、方法、接口等的描述資訊

8.直接記憶體

• 并不是虛拟機運作時資料區的一部分，但使用頻繁
• NIO類，直接使用Native函數庫配置設定堆外記憶體，通過Java堆中的記憶體引用來操作，避免了在Java堆和Native堆中來回複制資料

9.HotSpot虛拟機對象探秘

9.1 對象建立

1. 首先，檢查指令參數是否能在常量池中定位到一個類的符号引用，并檢查這個符号引用代表的類是否已經被加載、解析和初始化過。
2. 接下來虛拟機将會為新生對象配置設定記憶體

如果Java堆中記憶體絕對規整，空閑記憶體與已占用記憶體分兩邊，配置設定方式為“指針碰撞”

Java堆内記憶體不規整時，虛拟機必須維護一個清單“空閑清單”，來标記記憶體占用情況

僅僅修改指針所指向的位置來配置設定對象記憶體，在并發情況下也并不線程安全：

兩種解決方案：對配置設定記憶體空間的動作進行同步處理，本地線程配置設定緩存。

• 記憶體配置設定完成後，虛拟機将分到的記憶體空間都初始化為零
• 接下來，虛拟機會對對象進行必要的設定。
• 虛拟機視角上對象産生了，Java程式視角上構造函數開始

9.2 對象的記憶體布局

對象在堆記憶體中的存儲布局三部分：對象頭、執行個體資料、對齊填充

• 對象頭：1. 用于存儲對象自身運作時資料，如哈希碼，鎖狀态等；

  2. 類型指針，對象指向它的類型元元素的指針

• 執行個體資料部分：有效字段内容
• 對齊填充：并不必然存在，沒有特定含義，占位符的左右，必須是8位元組的整數倍

9.3 對象的通路定位

• 由虛拟機實作而定
• 主要有使用句柄和直接指針兩種
• 使用句柄：Java堆中劃分一塊記憶體作為句柄池，存放句柄位址進而間接通路，對象移動時直需要改變句柄位址
• 直接指針：存儲的就是對象位址，少一次間接通路的開銷
• 直接指針更快，是HotSpot使用方式