java运行时数据区域

  1. 程序计数器：是一块较小的内存空间，可以理解为当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于虚拟机的多线程是通过线程轮流切换来实现的，所以每条线程都拥有一个独立的程序计数器，这类内存区域为“线程私有”的内存。主要作用有两个：
    • 字节码解释器通过改变程序计数器来实现对代码的流程控制：比如顺序执行、选择、循环、异常处理。
    • 多线程情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而线程被切换回来时就能知道运行到哪了。
  2. 虚拟机栈：虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期和线程相同，它是描述Java方法执行的线程内存模型，每个方法被执行时，虚拟机都会同步创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表。虚拟机栈随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡。> Java方法有两种返回方式：
    1. return语句。2.抛出异常。不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出。
  1. 本地方法栈：和虚拟机栈作用相似，区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地方法服务。
    • JAVA方法 是由JAVA编写的，编译成字节码，存储在class文件中。
    • 本地方法 是由其它语言编写的，编译成和处理器相关的机器代码
  2. Java堆：堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。
    java堆可分为新生代、老年代。新生代可分为Eden空间、From Survivor、To Survivor空间等。> Jdk1.7已经默认开启逃逸分析，如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用，那么对象可以直接在栈上分配内存
  1. 方法区：用于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等数据。该区域的约束非常宽松，甚至还可以选择不实现垃圾收集。（方法区不等价于永久代）
    • JDK 7 的 Hotspot，已经把原本放在永久代的字符串常量池、静态变量等移出，而到了 JDK 8，终 于完全废弃了永久代的概念，改用与 JRockit、 J9 一样在本地内存中实现的元空间（ Metaspace）来代替
  2. 运行时常量池：Runtime Constant Pool是方法区的一部分，除了类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，这部分内容在类加载后放到方法区的运行时常量池中。（String类的intern()方法会把新的常量放入池中）。
  3. 直接内存：该区域不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是这部分内存也被频繁地使用，可能导致OutofMemoryError异常出现。

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  1. 在 《 Java 虚拟机规范 》 中，对这个内存区域规定了两类异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出 StackOverflow Error 异常；如果 Java 虚拟机栈容量 可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出 OutOfMemoryError 异常。

对象的创建

  1. 类加载检查：


    当虚拟机遇到一条字节码new指令时，先检查是否能在常量池定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用的类是否被加载、解析、初始化。若没有则进行相应的类加载过程。

  2. 分配内存：


    加载检查通过后，为新生对象分配内存（内存大小在加载完后可以完全确定）为对象分配空间的任务实际上等同于把一块确定大小的内存块从 Java 堆中划分出来（系统采用的分配算法根据堆中内存是否是绝对规整的，分配方法有指针碰撞和空闲列表）
    在分配内存时，在并发情况下也并不是线程安全的。系统采用两种方案：
    1. CAS 配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
    2. 使用本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer, TLAB），每个线程在堆中预先分配一小块内存，当有本地缓冲区用完了，分配新的缓存区时 才需要同步锁定。

  3. 初始化零值：


    内存分配完后，虚拟机将内存空间初始化为零值，这样保证对象的成员字段不赋初始值便能直接使用，使程序能访问这些数据类型所对应的零值。

  4. 设置对象头：


    初始化零值完成后，虚拟机对对象进行必要的设置，比如这个对象是哪个类的实例、如何能找到类的元数据信息、对象的哈希吗、对象的GC分代年龄。这些信息存放在对象头

  5. 执行init方法：


    new 指令之后会接着执行 ＜init＞（）方法，按照程序员的 意愿对对象进行初始化 这样一个真正可用的对象才算完全被构造出来。

对象的内存布局

对象在堆内存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）和对齐填充（Padding） 。

  1. 对象头：
    • 第一类是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， 这部分数据的长度在 32 位和 64 位的虚拟机中分别为 32 个比特和 64 个比特， 官方称它为Mark Word 。（对象头可能存在与对象无关的数据，Mark Word可根据对象的状态复用自身的存储空间）
    • 第二类是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java 虚拟机通 过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。另外数组还需要记录数组长度的数据。
  2. 实例数据：对象真正存储的有效信息，在这些信息中
    1. 相同宽度的字段总是会被分配到一起存放。
    2. 父类定义的变量会在子类之前。
  3. 对齐填充：无特别含义，不是必须要求存在，起占位符的作用。HotSpot虚拟机的自动内存管理要求对象的起始地址是8字节的整数倍，对象头已正好是8字节的整数倍，但实例数据没有对齐的话，就需要对齐填充来补全。

对象的访问

主流的对象访问方法有：

  1. 句柄：Java 堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池， 栈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具体的地址信息
  2. 直接指针：Java 堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类 型数据的相关信息， 栈中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销。

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  • 使用句柄在对象被移动时，只会改变句柄中的实例数据指针，而栈中的数据不需要被修改。
  • 使用直接指针来访问速度较快，省去了一次指针定位的时间开销。（HotSpot主要使用第二种方式来进行对象访问）

关于常量池永久代历代的变化

  1. JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区, 此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代
  2. JDK1.7 字符串常量池被从方法区拿到了堆中, 这里没有提到运行时常量池,也就是说字符串常量池被单独拿到堆,运行时常量池剩下的东西还在方法区, 也就是hotspot中的永久代 。
  3. JDK1.8 hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之, 这时候字符串常量池还在堆, 运行时常量池还在方法区, 只不过方法区的实现从永久代变成了元空间(Metaspace)