JVM--自动内存管理--JAVA内存区域

1. 运行时数据区域

1. 灰色的线程共享，白色的线程独享

2. 白色的独享就是根据个体"同生共死"

3. 程序计数器：

   1. 是唯一一个没有OOM(内存溢出)的地方

   2. 是线程独享的

   3. 作用：

      1. 是一块较小的内存空间,是当前线程所执行的字节吗的行号指示器

      2. 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器

4. java虚拟机栈：

   1. 线程私有的，生命周期和线程相同

   2. 作用

      1. 每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

      2. 局部变量表：局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。

      3. 这些数据类型在局部变量表中的存储空间以局部变量槽（Slot）来表示，其中64位长度的long和double类型的数据会占用两个变量槽，其余的数据类型只占用一个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。请读者注意，这里说的“大小”是指变量槽的数量，虚拟机真正使用多大的内存空间（譬如按照1个变量槽占用32个比特、64个比特，或者更多）来实现一个变量槽，这是完全由具体的虚拟机实现自行决定的事情。（如果变量槽是64比特，long和double可能会占用1个变量槽呢）

5. 本地方法栈：

   1. 本地方法值：非java语言编写的程序

   2. 本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

6. 堆：

   1. 是虚拟机所管理的内存中最大的一块

   2. 物理上可以不连续，逻辑上连续就可以

   3. Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。

   4. 从分配内存的角度看，所有线程共享的Java堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），以提升对象分配时的效率。例如：10个人共同分配财产，谁使用谁来财务处拿，如果每次使用都来拿使用的钱，那么就会很慢，如果先给10个人 一人100,使用完来再分配100，那么会将速率提升(TLAB对象创建的一种方式，后面在对象创建会详细说)

   5. 不过无论从什么角度，无论如何划分，都不会改变Java堆中存储内容的共性，无论是哪个区域，存储的都只能是对象的实例，将Java堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。

7. 方法区：

   1. 与Java堆一样，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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

8. 运行时常量池

   1. 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表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

   2. 既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError(内存不足)异常。

9. 直接内存

   1. 并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。

   2. 例如I/O操作的内存，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

   3. 本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制

2. HotSpot虚拟机对象探秘

1. 对象的创建：

      1.  对象是如何创建的：

                 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。对象所需内存的大小在类加载完成 后便可完全确定，为对象分配空间的任务实际上便等同于把一块确定 大小的内存块从Java堆中划分出来。假设Java堆中内存是绝对规整的，所有被使用过的内存都被放在一 边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那 个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump The Pointer）。

                产生的问题及解决方案：

                    1.内存不规整：

                          如果Java堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，那 就没有办法简单地进行指针碰撞了

                         虚拟机就必须维护一个列表，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”（Free List）

                     2.并发问题：                 

                          对象创建在虚拟机中是非常频繁的行 为，即使仅仅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，可能出现正在给对象 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可选方案：                          一种是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机是采用CAS配上失败 重试的方式保证更新操作的原子性；                            另外一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，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（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区中分配，只有本地缓冲区用完 了，分配新的缓存区时才需要同步锁定。

      2. 创建阶段将分配到的内存空间（但不包括对象头）都初始化为零值

      3. 从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了。但是从Java程序的视

角看来，对象创建才刚刚开始——构造函数，即Class文件中的<init>()方法还没有执行，所有的字段都

为默认的零值，对象需要的其他资源和状态信息也还没有按照预定的意图构造好。

2. 对象的内存布局(对象的组成)：

1. 分为3部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

2. 对象头信息

   1. 第一类：下边的表对应的是存储锁标志位

      1. 

   2. 第二类：

      1. 对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

      2. 并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身

      3. 此外，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定Java对象的大小，但是如果数组的长度是不确定的，将无法通过元数据中的信息推断出数组的大小。(所以由于对象头中有记录数组长度的数据所以查询长度时用的是.length而不是方法)

   3. 实例数据

      1. 是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。

      2. 这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义顺序的影响。

      3. HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、 oops（OrdinaryObject Pointers，OOPs）

   4. 对齐填充：

      1. 这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。

      2. HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍(任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。)，对象头部分已经被精心设计成正好是8字节的倍数（1倍或者2倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

3. 对象的访问定位

   1. 定义：创建对象自然是为了后续使用该对象，我们的Java程序会通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。

   2. 有两种主流的访问形式

      1. 使用句柄访问：Java堆中将可能会划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具体的地址信息

         

      2. 直接指针访问：Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销

          

         

      3. 两种的优势：

         1. 句柄和直接指针：使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。

         2. 解释：例如在java栈的本地变量表中存有多个reference指向同一对象的,如果对象被移动(地址变化)只需要改变变句柄中的实例数据指针就可以,而reference指向的是对象实例数据的指针，所以不需要变化，而直接指针访问就需要改变每一个reference中的句柄地址

                       同样由于直接指针节省了一次指针定位的时间开销，所以使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快