Java虚拟机系列（一）：内存区域

java内存区域

运行时数据区域

包括方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器。其中，方法区和堆是所有线程共享的，其他的为线程隔离的。

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程序计数器

可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。因为cpu在一个时刻只能执行一个线程中的指令，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要一个独立的程序计数器

执行java方法，记录正在执行的虚拟机字节码指令地址
执行native方法，计数器值为空

唯一一个没有oom情况的区域

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java虚拟机栈

线程私有，生命周期与线程相同。
每一个方法执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等消息，每个方法调用到完成的过程，就是栈帧在虚拟机栈中入栈出栈的过程。

平时所说的堆内存就是堆内存，栈内存就是虚拟机栈中局部变量表部分

局部变量表

• 局部变量表存放编译器可知的基本数据类型，对象引用和returnAddress类型。
• 局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，也就是说，我们在进入一个方法时，这个方法需要的空间是完全确定的。运行期间不会改变。

会出现下列情况：
线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度：stackoverflow
虚拟机栈扩展时申请不到足够内存：oom

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本地方法栈

和虚拟机栈相似，只不过虚拟机栈为执行java方法服务，本地方法栈为native方法服务。

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java堆

所有线程共享，虚拟机启动时创建。此内存区域唯一目的就是存放对象实例，所有对象实例和数组都在这里分配内存的

堆是垃圾收集器的主要作用区域。由于收集器采用分代收集算法，所以堆分为新生代和老年代。这里只考虑内存区域的作用

堆可以是物理上不连续，但是逻辑上必须连续。可以通过-Xmx控制堆的内存扩展

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方法区

线程共享，存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等
垃圾收集在这里比较少出现。内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，回收还是有必要的。

运行时常量池

是方法区的一部分。class文件中有类的版本，字段，方法，接口，还有一个就是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，他们都要在类加载后放在运行时常量池中。

运行时常量池和class常量池不同的一个重要特征就是具备动态性，并不是只有编译期的常量能进去，运行以后也能进去。比如string的intern方法。

总结一下就是，共享的堆存放所有的对象实例，方法区存放已经加载了的类的信息，常量，静态变量。 线程私有的虚拟方法栈和本地方法栈都是针对方法的，并且方法中的东西都存在里面，最后一个程序计数器作为线程切换的保证。

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虚拟机对象揭秘

下面讨论虚拟机hotspot在堆上对象分配，布局和访问的全过程。

对象的创建

这里的对象只限于普通java对象，不包括数组和class对象。下面开始分析

虚拟机遇到了new指令——>检查能否在常量池中定位到一个类的符号引用，检查该类是否已被加载，解析和初始化过，如果没有，先加载类，否则——>为新生对象分配内存，大小在类加载完成后便可完全确定—->将分配到的内存空间初始化为零值（不包括对象头）——>将对象进行必要的设置，把这些信息放在对象头中。—–>执行方法，也就是把当时初始化为零的的内存空间进行初始化

对象的内存布局

对象在内存中存储布局分为：对象头，实例数据，对齐填充。

对象头包含两部分，一部分是存储对象自身的运行时数据，另一部分是类型指针，虚拟机通过这个指针判断这个对象是哪个类的实例

实例数据是对象真正存储的有效信息，也是程序代码中所定义的各种类型的字段内容。包括父类和子类的。字段存储顺序受虚拟机分配策略和字段定义顺序的影响

对齐填充起占位符的作用。

对象的访问定位

我们对于对象的使用往往是通过引用来使用对象。引用是放在虚拟机栈的局部产量表中，而对象确实放在堆中对象的主流访问方式有句柄和直接指针两种。

句柄访问：堆中划分出一块来作为句柄池，栈中的引用指向句柄池中的指针，这个指针不但有指向堆中实例池的指针，也有指向方法区中的对象类型数据。

直接指针：引用直接存放对象地址。

内存溢出

• 堆溢出：对象太多内存溢出
• 栈溢出：单个线程下，无论是栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当内存无法分配时，都是srackoverflow异常。
• 方法区和运行时常量池溢出