前言

對(duì)于C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的程序員來(lái)說(shuō)，在內(nèi)存管理方面，必須負(fù)責(zé)每一個(gè)對(duì)象的生命周期，從有到無(wú)。
對(duì)于Java程序員你來(lái)說(shuō)，在虛擬機(jī)內(nèi)存管理的幫助下，不需要為每個(gè)new對(duì)象都匹配free操作，內(nèi)存泄露和內(nèi)存溢出等問(wèn)題也不太容易出現(xiàn)，不過(guò)也正是因?yàn)榘褍?nèi)存管理交給了虛擬機(jī)，一旦運(yùn)行中的程序出現(xiàn)了內(nèi)存泄露問(wèn)題，給排查過(guò)程造成很大困難。所以只有理解了Java虛擬機(jī)的運(yùn)行機(jī)制，才能夠運(yùn)籌帷幄于各種代碼。本文以HotSpot為例說(shuō)說(shuō)虛擬機(jī)的那些事。

JAVA虛擬機(jī)把管理的內(nèi)存劃分為幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)。

Java堆

Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，主要用于存放對(duì)象實(shí)例，Java虛擬機(jī)規(guī)范中有這樣一段描述：所有的對(duì)象實(shí)例和數(shù)據(jù)都要在堆上進(jìn)行分配。為對(duì)象分配內(nèi)存就是把一塊大小確定的內(nèi)存從堆內(nèi)存中劃分出來(lái)，通常有兩種方法實(shí)現(xiàn)：

1 、指針碰撞法
假設(shè)Java堆中內(nèi)存時(shí)完整的，已分配的內(nèi)存和空閑內(nèi)存分別在不同的一側(cè)，通過(guò)一個(gè)指針作為分界點(diǎn)，需要分配內(nèi)存時(shí)，僅僅需要把指針往空閑的一端移動(dòng)與對(duì)象大小相等的距離。

2、空閑列表法
事實(shí)上，Java堆的內(nèi)存并不是完整的，已分配的內(nèi)存和空閑內(nèi)存相互交錯(cuò)，JVM通過(guò)維護(hù)一個(gè)列表，記錄可用的內(nèi)存塊信息，當(dāng)分配操作發(fā)生時(shí)，從列表中找到一個(gè)足夠大的內(nèi)存塊分配給對(duì)象實(shí)例，并更新列表上的記錄。

對(duì)象創(chuàng)建是一個(gè)非常頻繁的行為，進(jìn)行堆內(nèi)存分配時(shí)還需要考慮多線程并發(fā)問(wèn)題，可能出現(xiàn)正在給對(duì)象A分配內(nèi)存，指針或記錄還未更新，對(duì)象B又同時(shí)分配到原來(lái)的內(nèi)存，解決這個(gè)問(wèn)題有兩種方案：
1、采用CAS保證數(shù)據(jù)更新操作的原子性；
2、把內(nèi)存分配的行為按照線程進(jìn)行劃分，在不同的空間中進(jìn)行，每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一個(gè)內(nèi)存塊，稱為本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）;

Java棧

Java棧是線程私有的，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)Java棧，每個(gè)線程在執(zhí)行一個(gè)方法時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的棧幀（Stack Frame），棧幀負(fù)責(zé)存儲(chǔ)局部變量變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接和方法返回地址等信息。每個(gè)方法的調(diào)用過(guò)程，相當(dāng)于棧幀在Java棧的入棧和出棧過(guò)程。

局部變量表 用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量，其大小在代碼編譯期間已經(jīng)確定，在方法運(yùn)行期間不會(huì)改變。局部變量表以變量槽（Slot）為最小存儲(chǔ)單位，每個(gè)Slot能夠存放一個(gè)boolean、byte、char、shot、int、float、reference和returnAddress類(lèi)型的32位數(shù)據(jù)，對(duì)于64位的數(shù)據(jù)類(lèi)型long和double，虛擬機(jī)會(huì)以高位對(duì)齊的方式為其分配兩個(gè)連續(xù)的Slot空間。

在方法執(zhí)行時(shí)，如果是實(shí)例方法，即非static方法，局部變量表中第0位Slot默認(rèn)存放對(duì)象實(shí)例的引用，在方法中可以通過(guò)關(guān)鍵字 this 進(jìn)行訪問(wèn)，方法參數(shù)按照參數(shù)列表順序，從第1位Slot開(kāi)始分配，方法內(nèi)部變量則按照定義順序進(jìn)行分配其余的Slot。

class?test?{public?int?calc(int?a,?int?b,?String?operation)?{operation?=?"+";????????return??a?+?b;}????public?void?main(String?args[])?{calc(100,?200,?"+");} }

對(duì)應(yīng)的局部變量表如下：

使用 javap -c 命令查看方法calc的字節(jié)碼

其中iload_1和iload_2分別從局部變量表中的第1位和第2位中加載數(shù)據(jù)。

方法區(qū)

方法區(qū)和Java堆一樣，是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存放已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量和即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，用于存放編譯期間生成的各種字面常量和符號(hào)引用。

指令計(jì)數(shù)器

指令計(jì)數(shù)器是線程私有的，每個(gè)線程都有獨(dú)立的指令計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器記錄著虛擬機(jī)正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理和線程恢復(fù)等操作都依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器完成。如果線程執(zhí)行的是native方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器則為空。

對(duì)象的內(nèi)存布局

對(duì)象在內(nèi)存中布局可以分成三塊區(qū)域：對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。
1、對(duì)象頭
對(duì)象頭包括兩部分信息：運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)和類(lèi)型指針，如果對(duì)象是一個(gè)數(shù)組，還需要一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

1.1、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)包括哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向鎖ID和偏向時(shí)間戳等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在32位和64位虛擬機(jī)中的長(zhǎng)度分別為32bit和64bit，官方稱為"Mark Word"。Mark Word被設(shè)計(jì)成非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)在有限空間內(nèi)保存盡可能多的數(shù)據(jù)。
32位的虛擬機(jī)中，對(duì)象未被鎖定的狀態(tài)下，Mark Word的32bit中25bit存儲(chǔ)對(duì)象的HashCode、4bit存儲(chǔ)對(duì)象分代年齡、2bit存儲(chǔ)鎖標(biāo)志位、1bit固定為0，具體如下：

其它狀態(tài)（輕量級(jí)鎖定、重量級(jí)鎖定、GC鎖定、可偏向鎖）下Mark Word的存儲(chǔ)內(nèi)容如下：

1.2、對(duì)象頭的類(lèi)型指針指向該對(duì)象的類(lèi)元數(shù)據(jù)，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針可以確定該對(duì)象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例。

2、實(shí)例數(shù)據(jù)
實(shí)例數(shù)據(jù)就是在程序代碼中所定義的各種類(lèi)型的字段，包括從父類(lèi)繼承的，這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略和字段在源碼中定義順序的影響。
3、對(duì)齊填充
由于HotSpot的自動(dòng)內(nèi)存管理要求對(duì)象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，即對(duì)象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，對(duì)象頭的數(shù)據(jù)正好是8的整數(shù)倍，所以當(dāng)實(shí)例數(shù)據(jù)不夠8字節(jié)整數(shù)倍時(shí)，需要通過(guò)對(duì)齊填充進(jìn)行補(bǔ)全。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/14028890/2409623

與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見(jiàn)證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的你知道JVM内存的那些事吗？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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