java内存，对象的创建

JDK：Java程序设计语言，java虚拟机，java API统称JDK(Java Development  Kit)

JRE：Java  API和java虚拟机的统称 

CPU：Central Processing Unit(中央处理器)

GPU：Graphics Processing Unit(图形处理器)

APU：Accelerated Processing Unit(加速处理器)

程序计数器：它时一块较小的内存，它可以看做当前线程所执行字节码的行号指示器，字节码解释器就是通过程序计数器来下一条要执行的字节码指令：分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能都依赖这个程序计数器来完成。

Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，所以说处理器(在单核处理器的情况下)在同一时间只会处理一条线程的指令。

因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都有自己的程序计数器，各个线程的程序计数器互不影响，独立存储。

如果线程正在执行一条java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果执行的是Native方法，这个计数器值为空。

此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

java虚拟机栈：与程序计数器一样，java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

    java虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

   (多数人说java内存区分为栈区和堆区，这样说法很粗糙。)

局部变量表存放了各种编译期可知的各种基本数据类型，对象引用和returnAddress类型(指向一条字节码指令的地址)。

其中64位的long和double类型数据会占用2个局部变量空间，其余类型占据1个。局部变量表所需的内存空间在编译器完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部空间变量是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

java虚拟机规范中对这块区域规定了两个异常：如果线程请求的深度大于虚拟机允许的深度抛出StackOverflowError(栈溢出)

    如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈：与java虚拟机栈类似，虚拟机栈为虚拟机执行java方法(即字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemory。

java堆：java堆(java Heap)是java虚拟机所管理内存中最大的一块。java堆这块内存区域被所有线程共享，在虚拟机启动时创建。此内存唯一的目的就是存放对象实例。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域。从内存回收角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以java堆中还可以分为：新生代和老年代。

在细分一点的有 Eden空间，From  Survivor空间，To   Survivor空间。从内存分配的角度来看，线程共享的java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。无论怎么分配，无论哪个区域，存储的都是对象实例，详细划分区域的目的是更好的回收内存，或者更快的分配内存。

根据java虚拟机规范，java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，可以实现成固定大小，也可以是可扩展的。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError。

方法区：

是与堆区一样，是各个线程共享的内存区域，它用于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数据。

java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。这区域的内存回收主要目标的是针对常量池回收和对类型的卸载。根据java虚拟机规范，当方法区无法满足内存分配需要时，抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池：

运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本，字段，方法，接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

(常量池主要用于存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References)，字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念，包括了如下三种类型的常量：   类和接口的全限定名  字段名称和描述符   方法名称和描述符 )

运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特性是具备动态性，java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用的比较多的是String的intern()方法。

既然运行时常量是方法区的一部分，自然受到方法区的限制，当常量池无法再申请到内存时，将会抛出OutOfMemoryError。

直接内存：回头再看。

对象的创建：

虚拟机在执行一条new语句时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用所代表的类是否已经被加载，解析，初始化过，如果没有，那么必须先执行相应的类加载过程。

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存大小在加载完成后便可以完全确定。为对象分配内存空间的任务等同于把一块内存从java堆内存中划分出来。

假设java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存放在一边，空闲的内存放在另一边，中间有一个指针作为分界点，那么分配内存就相当于把指针向空闲内存那边挪动了对象大小相等的距离。这种方式称为“指针碰撞”。

如果java堆中内存并不是规整的，虚拟机必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的。在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。这种分配方式称为“空闲列表”。

选择哪种分配方式由java堆是否规整决定，而java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

除了如何划分可用空间之外，还有一个问题是对象创建在虚拟机中是十分繁琐的。即使是修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针，来分配内存的情况。

解决这个问题有两种方案：1：一种是对分配内存空间的动作进行同步处理-----实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。

(CAS：Compare  And  Swap: CAS 指的是现代 CPU 广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。这个指令会对内存中的共享数据做原子的读写操作。简单介绍一下这个指令的操作过程：首先，CPU 会将内存中将要被更改的数据与期望的值做比较。然后，当这两个值相等时，CPU 才会将内存中的数值替换为新的值。否则便不做操作。最后，CPU 会将旧的数值返回。这一系列的操作是原子的。它们虽然看似复杂，但却是 Java 5 并发机制优于原有锁机制的根本。简单来说，CAS 的含义是“我认为原有的值应该是什么，如果是，则将原有的值更新为新值，否则不做修改，并告诉我原来的值是多少”。（这段描述引自《Java并发编程实践》）
       简单的来说，CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则返回V。这是一种乐观锁的思路，它相信在它修改之前，没有其它线程去修改它；而Synchronized是一种悲观锁，它认为在它修改之前，一定会有其它线程去修改它，悲观锁效率很低。

2：另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为

本地线程分配缓冲TLAB(Thread   Local   Allocation  Buffer)。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定，虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX：+/-UseTLAB参数来设定。

内存分配完成之后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零（不包括对象头），如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据信息，对象的哈希码，对象的分代年龄等信息。这些信息放在对象的对象头(Object  Header)之中。

在完成上面工作之后，从虚拟机的视角来看，一个对象已经产生，但从Java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始-----<init>方法还没有执行，所有的字段都还未零，所以一般来说，执行new指令之后会接着执行<init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。

对象的内存布局：

在虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：1：对象头(Herder)，2：实例数据(Instance  Data)，3：对齐填充(Padding)。

1：对象头包括两部分信息：第一部分用于存储对象自身运行时数据，如哈希码，GC分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向ID线程，偏向时间戳等。

2：第二部分为类型指针，即对象指向它类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例，如果对象是一个数组，那么对象头中还必须有一块记录数组长度的数据，因为java虚拟机可以通过普通java对象的元数据信息确定对象的大小，但是数组也属于对象，并且从数组元数据中无法确定大小。

3：第三部分不是必须的，仅仅起到占位符的作用

对象访问定位：

建立对象是为了使用对象，我们的java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。访问方式有使用句柄和直接指针两种

1：使用句柄的方式：java堆中会分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

Java堆中将会划出一块内存来作为句柄池，reference对象存储的就是对象的句柄地址。句柄中包含了对象实例数据和类型数据的具体地址：

2：如果使用直接指针访问，那么java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。

2：如果使用直接指针访问，那么java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。

reference对象直接存储对象地址：

两者对比

句柄

由于reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时（如GC过程中的对象移动），只需改变句柄中实例数据指针，而reference本身不用动。

直接指针

速度快，节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot采用此方式