一、前言
经过一番思想斗争，我决定好好的学习一下JVM，而对于一个JVM的初学者《深入理解Java虚拟机》当然是必须拜读的神作，所以这个专栏暂时会记录我阅读时的笔记吧，以后有可能真正深入学习Java虚拟机后，可能会有一些自己研究的成果，不过这估计是很久以后的事情了，看过这本书的也可以接机复习一下相关的知识，没有看过书的，我尽量把我所学到的知识写的通俗易懂一些，不过还是及其推荐阅读一下《深入理解Java虚拟机》这本书，当然阅读这本书之前需要学习过计算机系统、计算机组成原理，如果没有相关的知识背景，可能会看起来很困难，这里同时推荐一本书《深入理解计算机系统》，豆瓣评分9.9的神作，对于一个非底层程序员来说，这本书就把底层所有需要知道的知识全部讲解了，最后当然是如果有错误，希望指正，我会立即更改，以免误导他人，好了那我就开始记录我的读书笔记了。
这里需要说明一下，《深入理解Java虚拟机》这本书之讲解到了JDK1.7，所以如果出现和文章不同的内容，可能是版本高于1.7的原因。
二、Java内存区域的划分
我在一年前开始学习Java的时候，马士兵的视频上就总是讲解对象是存储在堆中，引用是存放在栈上的，在看了这本书之后，发现这种想法是不准确的，Java虚拟机的内存区域分别为：方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器。
1、程序计数器
学习过计算机系统的应该都知道程序计数器是什么东西，程序计数器用来存放计算机需要执行的下一条指令的地址，在JVM中，功能也是这样，用来存放JVM下一条虚拟机字节码指令的地址，虚拟机字节码指令就是JVM中的指令集，不过为了支持Java的多线程，每个线程都会有一个自己的程序计数器，各个线程之间互不影响，所以这部分内存是线程私有的。另外因为JVM在运行Java程序时可能会调用Native方法（本地方法，也就是当前计算机系统的API），所以如果执行的是本地方法，程序计数器的值为空。因为程序计数器只占用很小的一部分内存空间，所以并不会发生内存溢出的情况。
2、Java虚拟机栈
我们通常所说的引用存放在栈上，栈就指的是虚拟机栈，虚拟机栈同样是线程私有的，虚拟机栈的作用是控制方法的执行，我们可以想象当我们运行一个方法时，就相当于把所有运行该方法需要的数据，一股脑的打包到一起，然后压入虚拟机栈中，方法运行完成后，再出栈，虚拟机栈就是用来控制方法的执行的。而运行一个方法所需要的信息有很多，这里会把所有的信息打包后放到一个栈帧中，栈帧中主要放了：局部变量表（就是方法中定义的局部参数、还有形参）、操作数栈、动态链接、方法出口。你可能对上面的这些名词不是很懂，但是其实无所谓，现在只是有个印象，以后这些名词都会深入的讲解，现在只需要有个印象。
3、本地方法栈
本地方法栈我们一听名字就可以猜出和本地方法有关，其实和虚拟机栈类似，本地方法栈主要用来控制本地方法的运行。
4、Java堆
我们从初学Java开始，应该就会接触到Java堆，我们会知道Java中的对象在运行期间就是放在堆中的，我们从笼统的堆深入的学习一下，看一看Java堆到底是什么，但是这里也只是概览一下，后面的文章会有更详细的讲解。
Java堆是线程共享的，所有线程的对象都创建在一个Java堆中，现在随着技术的进步，可能有部分对象并不一定在堆上，但是大部分的对象都是存储在堆中。Java堆是垃圾收集器（GC）的重点关注对象，根据GC采用的收集算法，Java堆可以分为：新生代和老年代（更细致的分法再将GC的时候细说），从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能会根据线程划分线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer ，TLAB）其实就是给每个线程分配一块内存，避免线程中对象的冲突。当然以上的分法都不会影响堆中存放对象这个事实，只是为了更好地垃圾回收，或者更快的分配内存。我们可以通过-Xmx和-Xms这两个虚拟机参数来规定堆所占用内存空间的最大值和最小值。
5、方法区
现在我们已经知道了在程序运行期间，对象是放在堆中的，而方法执行所需要的数据是存放在虚拟机栈中的，调用本地方法的数据存放在本地方法栈中，那么我们程序中的类、常量、静态变量等信息存放在哪里呢？答案是方法区。
方法区是线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据，在JDK1.8之前，这部分内存区域通常叫做永久代，但是在JDK1.8之后，就再也没有永久代了，这部分区域在书中被称为方法区，我另外看了一篇文章：Java永久代去哪儿了,上面叫做元空间，不过这里还是称呼为方法区。因为方法区中的数据生命周期普遍比较长，所以垃圾收集行为比较少见，主要是对常量池的回收和类的卸载。
方法区中有一部分是运行时常量池，用来存放程序运行期间的常量值。
6、直接内存
直接内存并不属于Java的内存区域，但是却和Java有关，我们在进行I/O操作的时候，可能会使用本地方法直接分配Java堆外的内存，可以提高I/O操作的性能，但是这部分内存并不属于Java堆，受限于主机的内存有限，可能会导致内存溢出。
三、初探对象的创建
在我们编写程序时，创建一个对象经常就是new一个对象，但是在虚拟机中，对象是如何创建的呢？我们来研究一下。
当虚拟机遇到一个new指令时，首先会去方法区的运行时常量池中查看是否有该类的符号引用（这里的符号引用指的是类的全限定名），如果找不到，说明没有这个类，如果有，说明有这个类，然后继续检查这个类是否已经被虚拟机加载、解析、初始化过，如果没有，就会进行这些操作，将类加载到方法区中。
在进行过上面的检查后，虚拟机会为新生的对象分配内存，在分配内存时，如果Java堆中的堆存是绝对规整的（就是用过的内存和空闲的内存是分开的，然后中间用一个指针表示分界线），那么分配内存就是把指针调整一下，把空闲的区域分出一部分来当做新对象的内存，这种分配方式称为“指针碰撞”，如果内存并不是规整的，使用过的内存和空闲的内存相互交错，那么虚拟机就需要维护一个表格来记录那些内存时使用过的，那些是空闲的，然后从空闲的内存中取出足够大的一部分作为新对象的内存空间，这种方法叫做“空闲列表”，选择哪种分配方法是由Java堆是否规整决定的，而Java堆是否规整是由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定的。
至于如何在分配内存的时候实现线程间的安全，一种是使用CAS配上失败重试来保证线程安全（如果不知道什么是CAS可以自己百度一下），另一种就是上面提到过的线程分配缓冲。
内存分配完成后，虚拟机将分配到的内存空间全部初始化为零值，接下来，虚拟机对对象进行必要的设置，将对象所属哪个类，对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息存放在对象的对象头中，、至此为止，虚拟机层面的对象创建完成，一个新的对象已经产生了。
四、对象的内存布局
我们现在来学习一下对象在内存中的储存布局，可以分为三个区域：对象头、实例数据、对齐填充。
1、对象头
对象头中储存了两部分信息，第一部分存储了对象自身的运行时数据，比如哈希吗、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。另一部分就是该对象的类型指针，用于确定该对象是哪个类的实例，如果该对象是一个数组，还会包含数组的长度信息。
2、实例数据
就是该对象在程序代码中所定义的各种类型的字段内容（包括继承自父类的），注意对象的方法并不存储在这里，方法存储在虚拟机栈中。
3、对齐填空
就是为了确保对象的内存大小必须是8字节的整数倍。
五、对象的访问定位
对象的访问定位主要包含两种：
1、句柄
Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中 存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信 息，如下图所示。
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2、直接指针
使用直接指针访问，Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址，如下图所示。
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