深入理解Java虚拟机-Java内存区域

简单总结一下Java虚拟机运行时数据区

1. 程序计数器

是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器；

每条线程都需要有一个独立的程序计数器，即“线程私有”；

2. Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程私有的，生命周期与线程相同；

虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧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内从入栈到出栈的过程。

3. 本地方法栈

4. Java堆

Java堆是虚拟机管理内存中最大的一块，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。

“几乎”所有的对象实例都在堆上分配，逃逸分析 标量替换。。。

Java堆是垃圾收集器管理的内存区域；

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期（TLAB），以提升对象分配的效率；

无论从什么角度，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；

Java堆大小设置 -Xmx 和 -Xms；

5. 方法区

方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储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；

《Java虚拟机规范》对方法区约束十分宽松，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，甚至还可以选择不实现垃圾收集，这区域的内存回收目标是针对常量池到回收和对类型的卸载；

6. 运行时常量池

运行时常量区是方法区的一部分。

7. 直接内存

直接内存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》中定义的内存数据。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OOM异常出现。

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大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略直接内存，使得各个内存区域总和大于物理限制限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OOM异常。

8. HotSpot虚拟机对象探究

8.1 对象的创建

new 对象是如何创建的呢？本文讨论一下普通Java对象，不包括数组和Class对象等。

首先检查new指令参数是否能在在常量池定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否被加载，解析和初始化过。如果没有，则先执行相应的类加载过程。

类加载之后，再分配内存。

“指针碰撞”：Java内存绝对规整（所有使用过的内存放一边，空闲的内存放另一边），中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配的内存就仅仅是把那个指针向空闲空间方向移动一段与内存大小相等的距离；

“空闲列表”：内存空间不规整，使用的内存与空闲的内存交错在一起，那虚拟机会维护一个列表，记录哪些内存是可用的。

具体使用何种方法，有java堆是否规整决定，而java堆是否规整则由垃圾收集器的空间压缩能力决定。

因此，当使用Serial，ParNew等带压缩整理过程的收集器时，采用指针碰撞，简单高效；

当使用CMS这种基于清除（Sweep）算法的收集时，理论上就只能采用空闲列表了；

如何解决“指针碰撞”线程不安全的问题？

1. 对分配内存的动作进行同步处理--实际上虚拟机是采用CAS配上失败重试的方法保证更新操作的原子性；

2.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（TLAB），只有本地缓冲区用完了，分配新的缓冲区才需要同步锁定，虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数决定；

内存分配完，虚拟机将分配的内存空间（但不包括对象头）都初始化为零值（如果使用了TLAB，这项工作也可以提前至TLAB分配时提前执行）；

然后虚拟机对对象进行必要的设置，这些信息放在对象头中；