深入理解java虚拟机之内存管理机制

周志明老师的《深入理解Java虚拟机》著作的学习

JVM有自动内存管理机制，不需要人为地给每一个new操作写配对的delete/free代码，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。然而一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不清楚JVM内存的内存管理机制，将很难定位与解决问题。

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• 线程私有数据区包含：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
• 线程共享数据区包含：Java堆、方法区（内部包含常量池）

程序计数器

当前线程所执行的字节码的行好指示器，一个线程一个，线程私有。

• 如果线程正在执行一个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，如果执行的是Native方法，这个计数器值为空。

Java虚拟机栈

线程私有，生命周期和线程一样。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模式：每个方法被执行都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。

• 每一个方法被调用直到被执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程
• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将会抛出StatckOverflowError异常。如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常

本地方法栈

与虚拟机栈的作用相似，虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，本地方法栈则是为虚拟机使用Native方法服务。

• 也会抛出StatckOverflowError和OutOfMemoryError异常

java堆

所有线程共享的一块内存区域（最大），虚拟机启动的创建。存放对象实例，为对象实例分配内存。

• 是垃圾收集器管理的主要区域，也被称做“GC堆”。
• 可处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。
• 如果在堆没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展，将会抛出OutOfMemoryError异常

方法区

所有线程共享的一块内存区域，用于存储已被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

• 和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或可扩展外，还可选择不实现GC。
• 当方法区无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError异常

运行时常量池

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（Constant Pool Table），用于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。

• 相对于Class文件常量池的一个重要特征是具备动态性，体现在并非只有预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中。
• 是方法区的一部分，会受到方法区内存的限制。
• 在Java虚拟机规范中，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

对象访问

主流的两种访问方式

通过句柄访问对象

在Java堆中划分出一块内存来作为句柄池，reference存储的是对象的句柄地址，在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。好处：reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。

句柄访问对象

通过直接指针访问对象

在Java堆对象的布局中考虑如何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：速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。

直接指针访问对象

范例：Person person = new Person();为例进行说明。

Java编程思想中的类的初始化过程主要有以下几点：

找到class文件，将它加载到内存
在堆内存中分配内存地址
初始化
将堆内存地址指给栈内存中的p变量