一、运行时数据区域
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Java虚拟机在执行Java程序的过程中会吧它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。
JVM内存分布图
1 程序计数器（Program Counter Register）
- 程序计数器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。
- 线程私有：由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来是实现的，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，各线程计数器互不影响，独立存储。
- 唯一一个不会出现OutOfMemoryError情况的区域：如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值为空（Undefined）。
2 Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
- 线程私有，生命周期与线程相同
- 存储局部变量表（基本类型、对象引用）、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
- java方法执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧，每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
- StackOverflowError异常：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度
- OutOfMemoryError异常：如果栈的扩展时无法申请到足够的内存
JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量、部分的返回结果以及Stack Frame。其他引用类型的对象在JVM栈上仅存放变量名和指向堆上对象实例的首地址。
3 本地方法栈（Native Method Stack）
- 与虚拟机栈相似，主要为虚拟机使用到Native方法服务，在HotSpot虚拟机中直接把本地方法栈与虚拟机栈二合一
4 Java堆（Java Heap）
- 被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建
- 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配
- 可以通过-Xmx和-Xms控制堆的大小
- OutOfMemoryError异常：当在堆中没有内存完成实例分配，且堆也无法再扩展时。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
细致划分为：
（1） 新生代：新建的对象都由新生代分配内存。常常又被划分为Eden区和Survivor区。Eden空间不足时会把存活的对象转移到Survivor。新生代的大小可由-Xmn控制，也可用-XX:SurvivorRatio控制Eden和Survivor的比例。
（2） 旧生代：存放经过多次垃圾回收仍然存活的对象。
- 持久代（方法区）：存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代在方法区，对垃圾回收没有显著影响。
5 方法区（Method Area）
- 线程间共享
- 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器后的代码等数据。
- OutOfMemoryError异常：当方法区无法满足内存的分配需求时
6 运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- 方法区的一部分
- 用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，如String类型常量就存放在常量池
- OutOfMemoryError异常：当常量池无法再申请到内存时
7 直接内存（Direct Memory）
- 直接内存并不是虚拟机运行的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁使用
- OutOfMemoryError异常：系统内存不足时
- NIO可以使用Native函数库直接分配堆外内存，堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作
- 大小不受Java堆大小的限制，受本机(服务器)内存限制
注：
- Java对象实例存放在堆中；
- 常量存放在方法区的常量池；
- 虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编辑器编译后的代码等数据放在方法区；
- 以上区域是所有线程共享的；
5.栈是线程私有的，存放该方法的局部变量表（基本类型、对象引用）、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
6.一个Java程序对应一个JVM，一个方法（线程）对应一个Java栈。
二、Java 对象的内存分布
1. 存储布局的3块区域
1.1 对象头（Header）
分为两部分信息：
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一部分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，这部分的长度在32位和64位（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit，即 “Mark Word”。
HotSpot 虚拟机对象头 Mark Work
- 另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例
1.2 实例数据（Instance Data）
- 是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容
1.3 对齐填充（Padding）
- 类似于占位符，由于 HotSpot的自动内存管理系统要求对象起始位置必须是 8字节的整数倍，即对象的大小必须是 8字节的整数倍，而对象头部分在正好是 8字节的倍数（1倍或者2倍），因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。
2.压缩指针
- 为了减少类型指针的内存占用，将 64 为指针压缩至 32 位，进而节约内存。之前 64 为寻址，寻的是字节，现在 32 位寻址，寻的是变量。
- 对应虚拟机选项 -XX:+UseCompressedOops，默认开启。可将堆中原本 64位的Java对象指针压缩成32 位的。因此对象头中的类型指针也会被压缩成 32位，使得对象头大小从 16字节将至 12字节。
- 内存对齐，对应虚拟机选项 -XX:ObjectAlignmentlnBytes，默认值为 8。使得CPU缓存行 可以更好的实施。保证每个变量都只出现在一条缓存行中，不会出现跨行缓存。提高程序的执行效率
3. 字段重排列
- Java 虚拟机重新分配字段的先后顺序，以达到内存对齐的目的，即方便寻址和节省空间。JVM有三种排列方法（对应JVM选项 -XX:FieldsAllocationStyle，默认值为1）
遵循的规则：- 如果一个字段占据 C 个字节，那么该字段的偏移量需要对齐至 NC。（这里偏移量至的是字段地址与对象的起始地址差值）。
以long 类为例，它仅有一个 long 类型的实例字段，在使用了压缩指针的 64位虚拟机中，尽管对象头的大小为 12 字节，该long 类型字段的偏移量也只能是16， 而中间空着的 4字节便会被浪费掉。 - 子类所继承字段的偏移量，需要与父类对应字段的偏移量保持一致。
对具体实现中，Java 虚拟机还会对齐子类字段的起始位置。对于使用了压缩指针的 64位虚拟机，子类第一个字段需要对齐至 4N；而对于关闭了压缩指针的 64位虚拟机，子类第一个字段则需要对齐至 8N。
如下代码：
- 如果一个字段占据 C 个字节，那么该字段的偏移量需要对齐至 NC。（这里偏移量至的是字段地址与对象的起始地址差值）。
class A {
long l;
int i；
}
class B extends A {
long l;
int i;
}
启动压缩指针，子类第一个字段需要对齐至 4N，对象整体大小也需要对齐至 4N
# 启用压缩指针时，B 类的字段分布
B object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION
0 4 (object header)
4 4 (object header)
8 4 (object header)
12 4 int A.i 0
16 8 long A.l 0
24 8 long B.l 0
32 4 int B.i 0
36 4 (loss due to the next object alignment)
关闭压缩指针，子类第一个字段需要对齐至 8N，并且对象整体大小也需要对齐至 8N
# 关闭压缩指针时，B 类的字段分布
B object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION
0 4 (object header)
4 4 (object header)
8 4 (object header)
12 4 (object header)
16 8 long A.l
24 4 int A.i
28 4 (alignment/padding gap)
32 8 long B.l
40 4 int B.i
44 4 (loss due to the next object alignment)
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