深入理解Java虚拟机

Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

Java虚拟机运行时数据区

• 程序计数器
  • 可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器，通过改变这个计数器的数值来选取下一条需要执行的字节码指令
  • Java多线程式通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式实现的，每条线程都有一个独立的程序计数器
• Java虚拟机栈
  • 线程私有
  • 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
  • 异常
    • StackOverflowError：栈深度大于虚拟机允许的深度
    • OutOfMemoryError：栈扩展无法申请到足够的内存
• 本地方法栈
  • 与虚拟机栈功能类似，为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务
• Java堆
  • 被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建
  • 几乎所有的对象实例都在堆中分配内存
  • 垃圾收集器管理的内存区域，也称为“GC堆”
  • 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
  • 异常：
    • OutOfMemoryError
• 方法区
  • 线程共享
  • 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
  • 别名“非堆（Non-Heap）”，目的与Java堆区分开来
  • 运行时常量区
    • 方法区的一部分
    • Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常亮池表，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
    • 具有动态新，运行期间也可以将新的常量放入池中
• 直接内存
  • 不是虚拟机机运行时数据区的一部分
  • NIO，引入一种基于通道与缓冲区的I/O方式，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。避免在Java堆和Native堆中来回复制数据

HostSpot虚拟机对象探秘

• 对象的创建（new指令）
  • 检查new指令的参数是否能在常亮池定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用个代表的类是否已被加载、解析和初始化过
    • 如果没有，执行相应的类加载过程
  • 类加载通过后，为新生对象分配内存
    • 指针碰撞（内存排列是规则的，指针往空闲的内存方向移动）
    • 空闲列表（内存交错在一起，需要使用列表维护可以划分空间的内存地址）
  • 并发情况下，对象的创建不是线程安全的
    • 对分配空间的内存动作进行同步处理
    • 内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行（本地线程缓冲，TLAB）
  • 内存分配结束之后，将分配到的内存空间初始化为0（除对象头）
• 对象的内存布局
  • 对象在堆中的存储布局可以划分为三个部分
    • 对象头Header
    • 实例数据（Instance Data）
    • 对齐填充（Padding）
  • 对象头
    • Mark Word：用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁等
    • 类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针
  • 对其填充
    • 任何对象的大小都必须是8字节的整数倍
• 对象的访问定位
  • 句柄：reference存储的是稳定的句柄地址，在对象移动时，只会改变句柄的实例数据指针

  • 直接指针：速度快，节省了一次指针定位的开销

    
    通过句柄访问对象
    通过直接指针访问对象