第二章 Java内存区域与内存溢出异常

2.1 概述

• 因为有java虚拟机的存在，java程序员不需要为每一个new出来的对象去编写delete/free代码，因为虚拟机自动内存管理机制不容易出现内存溢出的问题。

2.2 运行时数据区

• 2.2.1 程序计数器
  • 每条线程都要一个独立的程序计数器，为了线程切换后能够切换到正确的执行位置。
  • 此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMerroyError情况的区域
• 2.2.2 java虚拟机栈
  • Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的
    生命周期与线程相同。
  • Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
  • 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型。
• 2.2.3 本地方法栈
  • 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务 。
• 2.2.4 java堆
  • Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。
  • 此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。(不是绝对哦)。
  • Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
  • 无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
  • Java堆可以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。
• 2.2.5 方法区
  • 方法区（MethodArea）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据；别名叫做Non-Heap(非堆)。
  • 不需要连续的内存、可以选择固定大小或者可拓展、可以选择不实现垃圾收集。
  • 该区域的内存回收主要是针对常量池的回收和对类型的卸载(条件相当严苛)，回收“成绩”难以令人满意。
• 2.2.6 运行时常量池
  • 是方法区的一部分。
  • Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存储编译期间生成的各种字面量和符号引用，在类加载后进入方法区的运行时常量池。
  • 运行时常量池相对Class文件常量池的另外一个重要的特征是具备动态性，运行期间也可能将新的常量放入池中。
• 2.2.7 直接内存

2.3　HotSpot虚拟机对象探秘

• 2.3.1 对象的创建
  • 为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。两种分配方式：指针碰撞(Bump the Pointer)、空闲列表(Free List)；在使用Serial、ParNew等带Compact过程的收集器时，系统采用的分配算法是指针碰撞，而使用CMS这种基于Mark-Sweep算法的收集器时，通常采用空闲列表。
  • 采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性
  • 在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)
  • JIT（just in time）即时编译器；
• 2.3.2 对象的内存布局
  • 在HotSpot虚拟机中,对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
  • 对象头的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属于哪个类的实例。如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块记录数组长度的数据。
  • 实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中定义的各种类型的字段类容。从父类继承和子类中定义的都需要记录下来。
  • 对其补充并不是必然存在的，起着占位符的作用。
• 2.3.3 对象的访问定位
  • Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象，访问堆中的对象取决于虚拟机的实现而定的，目前主流的访问方式有：使用句柄、直接指针两种。
  • 使用句柄：java堆中会划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。
  • 直接指针：最大的好处的速度更快，节省了一次指针定位的开销。