Java Memory Origin Java内存区域

Java Memory Origin Java内存区域

[TOC]
Java Memory Origin 全称Java Runtime Memory Origin。
详细划分共五大区域：Method Area,Heap,VM Stack,Native Method Stack,Program Counter Register.
有一种比较粗糙的划分就是堆栈划分。堆栈划分中的

一、堆栈划分

把Java内存分为堆内存和栈内存（Heap & Stack）,的分法比较粗糙。但体现了大多数程序员最关注的、与对象内存分配最密切的内存区域是这两块。

• 其中"栈"指的是五大分区中VM Stack中局部变量表部分。
• "堆"指的是Heap

二、五大内存区域划分

Memory Origin	Thread Private、Share
Method Area	Share
Heap	Share
VM Stack	Private
Native Method Stack	Private
Program Counter Register	Private

JVMMemoryOrigin.png

• JVM在执行Java程序的过程中，将它所管理的内存划分成五大区域，前两个是所有线程共享的数据区，后三个是隔离数据区。其中VM Stack\Program Counter Register是线程私有的。
• 有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的则依赖用户线程的启动结束而建立销毁。

1.Method Area 方法区

共享数据区，别名Non-Heap，永久代（HotSpot for Jdk8 已经移除）

• jdk8以前，很多人称该区为"永久代"（Permanent Generation）,仅仅是因为HotSpot把GC分代收集扩展至方法区,使用分代中的永久代来实现了方法区，hotSpot for Jdk8及以后及其他虚拟机不存在永久代的概念。
• jdk8及以后hotSpot采用 Metaspace（动态调整大小，最大可达物理内存） 替代 PermGen（只能启动时指定，最大64M）来存储Method Area
• 用来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。
• 异常：OutOfMemoryError

1.1Runtime Constant Pool 运行时常量池

方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面量和符号引用。

2.Heap 堆

共享数据区,线程共享。

• 垃圾收集器管理的主要区域，也叫做GC堆（Garbage Collected Heap）。
• 最大的一块内存;作用是存放对象实例，（几乎所有的对象实例都是这里分配，"几乎"是指新出的一些优化技术）。
• 可根据内存回收角度或者内存分配角度划分，无论如何划分都与存放内容无关，存储的都仍然是对象实例。进一步划分的目的是未来更好的回收内存，或者更快的分配内存。
• 异常：OutOfMemoryError

2.1内存回收角度划分

细分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
粗分为新生代、老年代。

2.2内存分配角度划分

• 线程共享的Heap中可能分配多个线程私有的分配缓冲区Thread Local Allocation Buffer TLAB
• 多线程内存分配的时涉及到线程安全的问题，一般有两种解决办法：1：加锁。2.TLAB,单个线程的预分配内存满了，才需要同步锁定。

3.VM Stack 虚拟机栈

隔离数据区，线程私有。
VM Stack记录的是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（Stack Frame）,用来存储局部变量表（堆栈分法的"栈"区域指的就是这块）、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
每个方法调用直至执行完成的过程就对应这一个栈帧在VM Stack中入栈到出栈的过程。

• 异常：StackOverflowError & OutOfMemoryError

3.1局部变量表

局部变量表部分存放了

• 编译期可知的8基本数据类型,64位的long,double会占据两个Slot局部变量空间。
• 对象引用（reference类型，指向一个对象起始地址的引用指针、代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。
• returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）

局部变量表所需要的内存在编译期间确定。当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的。方法运行期间不会改变局部变量表的大小

4. Native Method Stack 本地方法栈

隔离数据区，线程私有，HotSpot的实现将之合并到了VM Stack.

• 用户VM stack作用相似,不同的是VM stack为Java方法（也就是字节码)服务,Native Method Stack 为虚拟机使用到的Native方法服务。Native Method是非Java的方法实现，如对OS的一些调用，C++实现的一些外部方法。
• 异常：StackOverflowError & OutOfMemoryError

5. Program Counter Register 程序计数器

隔离数据区,线程私有。
Program Counter Register是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
每个线程都需要一个独立的Program Counter Register,这类每个线程独立存储的内存区域被称为"线程私有"内存。

三、堆栈划分Heap & Stack

Stack 栈（私有）

栈的优势是

• 存取速度比堆要快，仅次于直接位于CPU中的寄存器。

栈的缺点是

• 栈数据在多个线程或者多个栈之间是不可以共享的（但是在栈内部多个值相等的变量是可以指向一个地址的）。
• 存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性。

Heap 堆(共享)

堆的优势是

• 数据可共享
• 速度慢
• 可以动态地分配内存大小，生存期也不必事先告诉编译器
• Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。

堆的缺点是

• 由于要在运行时动态分配内存，存取速度较慢。

四、对象结构 Object Structure(JDK6实现)

Object存储在Heap中，hotSpot虚拟机中(jdk6或之前的图)，其结构如下：

Java_Object_Structure_Hotspot.png

4.1 head 对象头

4.1.1 markWord

markWord,用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32/64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32/64bit。

• 最后2bit是锁状态标志位
  markdown存储内容

状态	标志位	markWord存储内容
未锁定	01	对象哈希码、对象分代年龄
轻量级锁定	00	指向锁记录的指针
膨胀(重量级锁定)	10	执行重量级锁定的指针
GC标记	11	空(不需要记录信息)
可偏向	01	偏向线程ID、偏向时间戳、对象分代年龄

4.1.2 klass 类型指针

klass,类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，hotSpot通过这个指针来确定当前对象是哪个类的实例。

4.2 instance data 对象实例数据

instance data 存储的是对象的有效信息，各种非静态的变量(实例变量)，包括父类继承的实例变量。

4.2 padding 对齐

由于HotSpot VM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，没有对齐使用padding补齐。