為了加深對Java語言的理解，加深對Java虛擬機工作機制、底層特性的了解和掌握，準備在閑暇時間，抽空對《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》一書進行學習。本文是學習此書第2章時的總結與筆記，加入了一些自己的理解，也希望能幫助到需要的人。

1 運行時數據區域：

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1.1 程序計數器：

一塊較小的內存空間(線程私有的內存)，當前線程所執行的字節碼的行號指示器。字節碼解釋器通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令：分支、循環、跳轉等。

每條線程都有一個獨立的程序計數器(在一個時刻，一個處理器只會執行一條線程的指令)。

唯一一個在Java虛擬機規范中沒有任何OutOfMemoryError的區域

1.2 虛擬機棧：

線程私有的，每個(java)方法(也就是字節碼)在執行的時候會創建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。方法從調用到執行完成的過程，就是棧幀在棧中入棧到出棧的過程。

局部變量表存放編譯期可知的基本數據類型、對象引用、returnAddress類型。所需的內存空間會在編譯期完成分配，進入一個方法時在幀中的局部變量空間是完全確定的，不會運行時改變。

線程請求的棧深度大于虛擬機允許的深度，拋出SatckOverFlowError異常；虛擬機動態擴展時，無法申請到足夠的內存，拋出OutOfMemoryError異常。

1.3 本地方法棧：

為虛擬機中使用到的Native方法服務，對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式、數據結構沒有強制規定，虛擬機可自由實現。

占用的內存區大小也不是固定的，可以根據需要動態的擴展或收縮。

1.4 Java堆：

Java堆是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊，是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時就創建

存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在堆上分配。也是垃圾收集器管理的主要區域。

1.5 方法區：

方法區也是被所有線程共享的內存區域。

用于存儲類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼數據。

無法滿足內存分配需求時，拋出OutOfMemoryError。

1.6 運行時常量池：

是方法區的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。在類加載后才進入方法區的運行時常量池

特征是具備動態性，在運行時產生的常量被放入運行時常量池。包括：基本類型包裝類(不管理浮點型：float和double，整形只管理-128 - 127)和String

常量池的好處：避免頻繁的創建和銷毀對象而影響系統性能，其實現了對象的共享；常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一個內存空間。

Java中基本類型的包裝類都實現了常量池技術，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean。

String str1 = "abcd";

String str2 = new String("abcd");

System.out.println(str1==str2);//false

String str1 = "str";

String str2 = "ing";

String str3 = "str" + "ing";

String str4 = str1 + str2;

System.out.println("string" == "str" + "ing");// true

System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = "string";

System.out.println(str3 == str5);//true

//連接表達式 +，只有使用“引號包含文本”的方式創建的String對象之間使用“+”連接產生的新對象才會被加入常量池中.

//對于字符串變量的“+”連接表達式，它所產生的新對象都不會被加入字符串池中，其屬于在運行時創建的字符串，具有獨立的內存地址,所以不引用自同一String對象。

2 虛擬機對象

2.1 對象的創建

虛擬機接收到new指令時，檢查這個指令能否在常量池中定位到一個類的符號引用，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化。如果都沒有，先執行類加載過程。

在類加載通過后，虛擬機為新對象分配內存(把一塊確定大小的內存從Java堆中劃分出來)，內存大小在類加載完成后即可完全確定。

兩種分配方式：

(1)：指針碰撞：假設Java堆中內存是絕對規整的，即使用過的內存在一邊，空閑的內存在另外一邊，中間放著一個指針作為指示器，通過移動指針實現內存分配。

(2)：空閑列表：如果Java堆中的內存并不是規整的，即已使用的內存和空閑的內存相互交錯，虛擬機就必須維護一個列表，記錄哪些內存塊是可用的，通過從列表中尋找空間劃分給對象實例來分配內存。

Java堆是否規整由所采用的垃圾收集器是否有壓縮整理功能決定。

在虛擬機中創建對象不是線程安全的行為，可能出現在給對象A分配內存，指針還沒來得及修改，對象B又使用了原來的指針來分配內存。有兩種解決方案：

(1)：對分配內存空間的動作進行同步處理，實際上虛擬機采用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；

(2)：把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間中進行，即每個線程在Java堆中預先分配一小塊內存，稱為本地線程分配緩沖(Thread Loal Allocation Buffer,TLAB)。

內存分配完成后，需要將分配到的內存空間都初始化為零值，保證對象的實例字段在Java代碼中可以不賦初始值就可以直接使用，程序能訪問到這些字段的數據類型對應的零值。

設置對象，把對象是哪個類的實例，如何才能找到類的元數據信息，對象的哈希碼，對象的GC分代年齡等存放在對象頭中。

2.2 對象的內存布局：

對象在內存中存儲的布局可以分為3塊：對象頭(Header)、實例數據(Instance Data)、對齊填充(Padding)。

對象頭，包括兩部分信息：

(1)：存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等，這部分數據的長度在32位和64位的虛擬機中分別為32bit和64bit，官方稱為Mark Word(非固定的數據結構，根據對象的狀態復用自己的存儲空間)。

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(2)：類型指針，即指向對象的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。

實例數據：對象真正存儲的有效信息，即程序代碼中所定義的各種類型的字段內容。無論是從父類繼承下來的，還是子類自己定義的，都需要記錄。

對齊填充：不是必然存在，起著占位符的作用，由于HotSpot VM要求對象的大小必須是8字節的整數倍，而對象頭部分正好是8字節的整數倍，因此當實例數據沒有對齊時，通過對齊填充來補全。

2.3 對象的訪問定位：

Java通過棧上的reference數據(局部變量表中的對象引用)來操作堆上的具體對象，reference只規定了指向對象的引用，沒有定義怎么去定位，訪問堆中的對象的位置。對象訪問方式由迅疾實現。

(1)：句柄訪問：Java堆會劃分出一塊內存作為句柄池，reference存儲的就是對象的句柄地址，句柄包含了對象實例數據和類型數據各自的地址信息。

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優勢：reference中存儲的是穩定的句柄地址，對象移動時只改變句柄中的實例數據指針，不改變reference。

(2)：直接指針：reference中存儲的直接就是對象地址，Java堆中放置訪問對象類型數據(存放在方法區)的地址。

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優勢：速度更快，節省了一次指針定位的時間開銷，HotSpot是使用直接指針訪問。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java内存区域_JVM学习之—Java内存区域的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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