【JVM学习笔记一】Java内存区域

1、 运行时数据区域
　　1） 程序计数器
　　　　| 线程私有，存储线程运行时所执行字节码的行号，实现分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能
　　　　| Java方法，记录正在执行的虚拟机字节码指令的行号；Native方法计数器值为空(Undefined)
　　　　| 唯一一个没有OutOfMemoryError情况的区域
　　2） Java虚拟机栈
　　　　| 线程私有，和线程生命周期相同。描述Java方法执行的内存模型：每个方法执行的同时会产生一个栈帧，存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。
　　　　| 每个方法从调用到执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程
　　　　| 常说的堆内存、栈内存指的是栈中的局部变量表
　　　　| 局部变量表中存储的是编译期可知的各种基本数据类型、对象引用类型(不等同于对象本色)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)
　　　　| 局部变量表在编译期间完成分配，方法运行期间不会改变局部变量表的大小
　　　　| 线程请求的栈深度大于虚拟机所运行的深度，抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展时无法申请到足够内存，抛出OutOfMemoryError异常
　　3） 本地方法栈
　　　　| 与虚拟机栈所发挥的作用相似，执行的是虚拟机使用到的Native方法服务。
　　　　| HotSpot虚拟机把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
　　4） 堆
　　　　| 线程共享，内存中最大的一块，虚拟机启动时创建，几乎所有的对象和数组都要在堆上分配
　　　　| Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，可细分为：新生代(Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间)，老年代，线程私有的分配缓存区(TLAB)
　　　　| 无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例
　　　　| 没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常
　　5） 方法区
　　　　| 线程共享，存储加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码，别名Non-Heap(非堆)
　　　　| HotSpot1.7之前也称为"永久代"(Permanent Generation)（会受到-XX:MaxPermSize的限制），1.8之后采用元数据区代替
　　　　| 回收空间主要针对类的卸载和常量池的回收
　　　　| 当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常
　　6） 运行时常量池
　　　　| 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，存放编译期生成的各种字面量和符号引用。这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放
　　　　| 运行期间也可能将新的常量放入池中，如String类的intern()方法
　　　　| 当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常
　　7） 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区域。
　　　　| JDK1.4中新加入NIO(New Input/Output)类，基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)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堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用操作

2、 Java虚拟机对象
　　1） 对象的创建
　　　　| 遇到一条new指令时，首先检查new指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查该类是否已经被加载、解析和初始化过
　　　　| 检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存在类加载完成后便可完全确认。(指针碰撞、空闲列表、CAS、TLAB)
　　　　| 内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值(不包括对象头)
　　　　| 虚拟机对对象进行必要的设置，例如：对象是哪个类的实例、如何能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息，这些信息存放在对象头之中。
　　　　| 一般来说(由字节码中是否跟随invokespecial指令所决定)，执行new指令之后会接着执行<init>方法，对象会被完全生产出来
　　2） 对象的内存布局
　　　　对象头：
　　　　　　| 自身的运行时数据：
　　　　　　　　哈希码，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。32位和64位虚拟机长度分别为32bit和64bit，官称“Mark Word”
　　　　　　| 类型指针：
　　　　　　　　对象指向他的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例（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）
　　　　　　　　如果对象是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
　　　　实例数据部分：
　　　　　　对象真正存储的有效信息，各种类型的字段（包括父类继承和子类定义）
　　　　　　存储顺序受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义的顺序的影响
　　　　对齐填充：
　　　　　　不是必然存在，HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整倍数，通过对齐填充来补全。
　　3） 对象访问定位
　　　　| 句柄访问：
　　　　　　Java栈本地变量表中reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄中包括了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。Java堆中将会划分出一块内存作为句柄池
　　　　　　好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时（垃圾收集移动对象是非常普遍的行为）只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改
　　　　| 直接指针访问
　　　　　　Java堆对象的布局中需要放置访问类型数据的相关信息，reference存储的直接就是对象地址
　　　　　　好处是速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。HotSpot使用此种方式