深入理解jvm-2Edition-Java内存区域

1、运行时数据区域

　　Java虚拟机会将内存区域划分为几个区域，每个区域储存不同类型的数据或承担不同的功能。

　　PC，堆-Java堆，栈-虚拟机栈、本地方法栈，方法区、直接内存。

　　当类被实例化或static方法被调用时，Class文件被加载，关于类的信息储存在方法区里（有了模子）。虚拟机获得了类的相关信息，就可以在Java堆里创建实例对象了。类方法被调用时，便会在Java栈中产生一个栈帧来记录调用的上下文信息，其中局部变量表中保存了指向Java堆中实例对象的引用以便操纵对象。当程序的执行需要调用由其他语言编写的方法时（系统调用等的dll），就需要本地方法栈来服务。

　　1.1、程序计数器PC

　　　　下一条指令（字节码）的地址，通过改变PC的值来完成程序状态切换。多线程中，每个线程都有自己的执行流程，因此它们要有自己的程序计数器PC。

　　　　执行Native方法时，PC为空（Undefined）。

　　　　没有OutOfMemoryError。

　　1.2、Java虚拟机栈

　　　　描述Java方法的执行，线程私有，生命周期与线程相同。每个方法被调用时，都会在虚拟机栈中创建一个栈帧（Stack Frame），其中记录了方法执行的上下文信息（局部变量表、操作数栈、动态链　　　　接、方法返回等）。通常所说的堆内存、栈内存一般指Java堆和虚拟机栈（局部变量表部分）。

　　　　局部变量表存放编译时确定的各种基本数据类型（boolea...、reference、returnAddress），局部变量表所需空间在编译时完成分配，运行期间不会改变。

　　　　栈深度超过最大值时-StackOverflowError；扩展时无法申请到足够内存-OutOfMemoryError。

　　1.3、本地方法栈

　　　　虚拟机栈为虚拟机运行Java方法（Java字节码）服务，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法（本地方法）服务。

　　　　什么是本地方法？——"A native method is a Java method whose implementation is provided by non-java code."

　　　　Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。

　　　　StackOverflowError，OutOfMemoryError。

　　1.4、Java堆

　　　　存放类的实例对象，由所有线程共享。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配（数组也是一种对象，不同类型数组会有不同的类）。

　　　　Java堆也是GC的主要管理区域，从垃圾回收角度看，Java堆可以细分为Young Generation（新生代）和Old Generation（老年代）；

　　　　更加细分可以分为Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间等。划分的目的只是为了更好的进行垃圾回收。

　　　　逻辑地址连续，物理地址可不连续。

　　　　堆无法扩展时抛出OutOfMemoryError。

　　　　关于新生代、老年代、永久代更详细的介绍可参见：https://www.jianshu.com/p/d3a0b4e36c28

　　1.5、方法区

　　　　储存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，由所有线程共享。

　　　　常量池：Class文件一部分，存放编译期生成的各种字面量和符号引用。在类加载后存放入运行时常量池。

　　　　运行时常量池：方法区的一部分，相较于常量池更动态，运行期间也可能有新的常量放入。

　　1.6、直接内存

　　　　Direct Memory，不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。

　　　　NIO中使用的基于Channel和Buffer的IO方式可使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象操纵。避免了在Java堆和Native堆中来回复制，提高了性能。

　　1.7、HotSpot对象创建过程

　　　　1、new

　　　　2、在常量池中寻找符号引用

　　　　3、检查符号代表的类是否被加载、解析和初始化过，没有加载则进行加载，找不到Class文件则报ClassNotFind错误

　　　　4、为新生对象分配内存：

　　　　　　紧缩过的内存采用Bump the Point方式，即指针向空闲区域移动对象大小长度

　　　　　　内存没有紧缩过，不规整，则采用Free List方式，在记录的空闲块中寻找相应大小的块来分配

　　　　　　保证内存分配时的线程安全性：

　　　　　　　　1、采用同步处理，Compare And Set 加失败重试。

　　　　　　　　2、为每个线程预分配单独的空间，线程在其自己的空间上创建对象，但是，线程空间扩容时还是要进行同步处理。

　　　　5、将分配出的空间初始化为0（不包括对象头）

　　　　6、对对象头中信息进行必要设置

　　　　7、执行<init>进行对象初始化

　　1.8、对象内存布局

　　　　Header（对象头）、（Instance Data）实例数据、Padding（对其填充）。

　　　　Header分为两部分，第一部分存储对象的自身的运行时数据（HashCode、GC分代年龄、锁状态标记等）；第二部分是类型指针，指向方法区中类的元数据信息。如果对象是一个数组，则还要有长度信息。

　　　　Instance Data部分存储对象的实例信息，包括它自己的以及继承而来的所有信息。存储顺序受虚拟机分配策略参数和字段在源码中定义顺序影响。

　　　　Padding只起占位符作用，受JVM对对象起始地址的要求影响。

　　1.9、对象访问定位

　　　　对象是在堆上创建的，而操作对象需要通过Java栈上的reference数据来进行。

　　　　主流方式有句柄和直接指针两种。

　　　　句柄池中的句柄保存了对象实例数据地址以及对象的类型数据（元数据）地址，reference中存储对象句柄的地址即可定位到对象和其元数据。

　　　　采用直接指针时，reference指向对象地址，对象的对象头中的类型指针指向其元数据地址。

　　　　句柄的优势是稳定，对象位置移动时，只需改动句柄中的数据，而reference本身不用改变。

　　　　直接指针直接指向对象，因此访问速度快。

　　1.10、内存区域相关的JVM参数

　　　　Xms20m 堆的最小值设为20m

　　　　Xmx20m 堆的最大值设为20m

　　　　XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError 让虚拟机在出现内存溢出时Dump出当前内存堆转储快照以便时候分析

　　　　Xss128k 设定栈容量为128k

　　　　Xoss128k 设置本地方法栈大小为128k（HotSpot不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此该方法无用）

　　　　XX：MaxPermSize 设置方法区最大值

　　　　XX：PermSize 设置方法区大小

　　　　XX：MaxDirectMemorySize 设置最大直接内存大小，如不指定则与Java最大值一样