深入理解Java虛擬機(一): 內存區域

運行時數據區域

Java在運行時會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區域。

方法區(Method Area)

(1)線程共享

(2)存儲

類信息

常量

靜態變量

即時編譯器編譯后的代碼

(3)非堆

(4)不需要連續的內存

(5)可以選擇固定或可擴展

(6)可選擇不實現垃圾收集

(7)針對常量池的回收

運行時常量池（Runtime Constant Pool）

a、常量池：存放編譯期生成的字面常量和符號引用

b、這些常量池中的數據進入方法區后存放在運行時常量池中

c、動態性：運行期可將新的常量放入池中，例如：String.intern()方法

(8)對類型的卸載

(9)無法滿足內存分配需求時會拋出OutOfMemoryError

虛擬機棧(VM Stack)

(1)線程私有

(2)生命周期與線程相同

(3)描述Java方法執行的內存模型

(4)棧幀

a、局部變量表：基本數據類型、對象引用和returnAddress類型（指向一條字節碼指令的地址）

b、操作數棧

c、動態鏈接

d、方法出口

e、64位的long 和double會占用兩個局部變量空間，其余的只占一個

f、編譯期完成內存分配

g、方法運行期間不會改變局部變量表的大小

h、存儲

i、入棧

j、出棧

(5)線程請求的棧深度大于虛擬機允許的深度會拋出StackOverFlowError

(6)如果擴展時無法申請到足夠內存會拋出OutOfMemoryError

本地方法棧(Native Method Stack)

(1)為本地方法(Native Method)服務

(2)<--> 區別于虛擬機棧：為虛擬機執行Java方法服務。

(3)拋出StackOverFlowError

(4)拋出OutOfMemoryError

堆(Heap)

(1)Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊

(2)線程共享

(3)虛擬機啟動時創建

(4)存放對象實例及數組

(5)垃圾回收管理（GC）主要區域

- 分代算法

| 新生代

eden

from

to

| 老年代

(6)可劃分出多個線程私有的分配緩沖區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）

(7)可處于物理上不連續的內存空間，保證邏輯連續即可

(8)可通過-Xmx和-Xms控制大小（可擴展）

(9)堆無法再擴展時會拋出OutOfMemoryError

程序計數器（Program Counter Register）

(1)較小內存空間

(2)當前線程的行號指示器

(3)線程私有的內存

(4)唯一一個沒有OutOfMemoryError的區域

直接內存(Direct Memory)

(1)NIO中使用基于通道（Channel）與緩沖區（Buffer）的I/O方式，使用Native函數庫直接分配的堆外內存

(2)無法滿足內存分配需求時會拋出OutOfMemoryError

對象的創建

(1)類加載檢查機制

(2)為新生對象分配內存

(3)把一塊確定大小的內存從堆中劃分出來。

選擇方式由Java堆是否規整決定

Java堆是否規整由垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。

由于對象創建是非常頻繁的，則在并發情況下不是線程安全的

對分配內存空間的動作進行同步處理

把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間中，即TLAB方式。

只有在TLAB用完并分配新TLAB的情況下需要同步鎖定

可以使用-XX:+/-UseTLAB來設定

內存規整：?指針碰撞（Bump the Point）

內存不規整?空閑列表（Free List）：維護列表并記錄哪些是可用的。

(4)將分配到的內存空間初始化為0(不包含對象頭)

(5)對對象進行必要的設置

(6)屬于哪個類的實例

(7)如何找到類的元數據信息

(8)對象的哈希值

(9)對象的GC分代年齡

(10)這些數據存放在對象頭（Object Header）中

(11)對象得到創建，但是所有的字段為零，在執行new之后會立即執行方法

對象的內存布局

(1)對象頭(Object Header)

存儲對象自身運行時數據（Mark Word），通常在32位和64位的機器上占用32bit和64bit的空間

哈希嗎

GC分代年齡

鎖狀態標志

線程持有鎖

偏向線程ID

偏向時間戳

(2)類型指針：?對象指向它的類元數據的指針

a、虛擬機通過這個指針來確定這個對象屬于哪個類

b、不是所有的對象實例都保留有類型指針

c、如果對象是數組，還必須有一塊用于記錄數組長度的數據

(3)實例數據（Instance Data），真正存儲的數據

存儲順序受到虛擬機分配策略參數（Fields Allocation Style）和字段在Java源碼中的定義順序影響

(4)對齊填充(Padding)

a、不是必要存在的

b、僅僅起占位作用

對象訪問定位

Java通過棧上的引用(reference)數據來操作堆上的具體對象

句柄訪問

(1)堆中劃分一塊內存作為句柄池

(2)reference中存儲對象的句柄地址

(3)句柄中包含對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息

優點：reference中存儲穩定的句柄地址，在對象移動時只會改變句柄中的實例數據指針

直接指針

(1)考慮如何放置訪問類型數據的相關信息

(2)reference中直接存儲對象地址

優點：速度更快，節省一次指針定位的時間

本文轉載自微信公眾號【java學習之道】。

Java 存儲

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