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這是Hollis的第?223?篇原創(chuàng)分享

作者 l Hollis

來源 l Hollis（ID：hollischuang）

在我的博客中，之前有很多文章介紹過JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)，相信很多看多我文章的朋友對這部分知識都有一定的了解了。

那么，請大家嘗試著回答一下以下問題：

1、JVM管理的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎樣的？?2、不同的虛擬機在實現(xiàn)運行時內(nèi)存的時候有什么區(qū)別？?3、運行時數(shù)據(jù)區(qū)中哪些區(qū)域是線程共享的？哪些是獨享的？?4、除了JVM運行時內(nèi)存以外，還有什么區(qū)域可以用嗎？?5、堆和棧的區(qū)別是什么？?6、Java中的數(shù)組是存儲在堆上還是棧上的？?7、Java中的對象創(chuàng)建有多少種方式？?8、Java中對象創(chuàng)建的過程是怎么樣的？?9、Java中的對象一定在堆上分配內(nèi)存嗎？?10、如何獲取堆和棧的dump文件？以上10道題，如果您可以全部準確無誤的回答的話，那說明你真的很了解JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)以及內(nèi)存分配相關(guān)的知識了，如果有哪些知識點是不了解的，那么本文正好可以幫你答疑解惑。

Q1：JVM管理的內(nèi)存結(jié)構(gòu)是怎樣的？

Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把他所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。《Java虛擬機規(guī)范》中規(guī)定了JVM所管理的內(nèi)存需要包括一下幾個運行時區(qū)域：

Java虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)域主要包含了PC寄存器（程序計數(shù)器）、Java虛擬機棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)以及運行時常量池。

各個區(qū)域有各自不同的作用，關(guān)于各個區(qū)域的作用就不在本文中相信介紹了。

但是，需要注意的是，上面的區(qū)域劃分只是邏輯區(qū)域，規(guī)范對于有些區(qū)域的限制是比較松的，所以不同的虛擬機廠商在實現(xiàn)上，甚至是同一款虛擬機的不同版本也是不盡相同的。

Q2：不同的虛擬機在實現(xiàn)運行時內(nèi)存的時候有什么區(qū)別？

前面提到過《Java虛擬機規(guī)范》定義的JVM運行時所需的內(nèi)存區(qū)域，不同的虛擬機實現(xiàn)上有所不同，而在這么多區(qū)域中，規(guī)范對于方法區(qū)的管理是最寬松的，規(guī)范中關(guān)于這部分的描述如下：

方法區(qū)在虛擬機啟動的時候創(chuàng)建，雖然方法區(qū)是堆的邏輯組成部分，但是簡單的虛擬機實現(xiàn)可以選擇在這個區(qū)域不實現(xiàn)垃圾收集與壓縮。本版本的規(guī)范也不限定實現(xiàn)方法區(qū)的內(nèi)存位置和代碼編譯的管理策略。方法區(qū)的容量可以是固定的，也可以隨著程序執(zhí)行的需求動態(tài)擴展，并在不需要過多的空間時自行收縮。方法區(qū)在實際內(nèi)存空間站可以是不連續(xù)的。

這一規(guī)定，可以說是給了虛擬機廠商很大的自由。

虛擬機規(guī)范對方法區(qū)實現(xiàn)的位置并沒有明確要求，在最著名的HotSopt虛擬機實現(xiàn)中（在Java 8 之前），方法區(qū)僅是邏輯上的獨立區(qū)域，在物理上并沒有獨立于堆而存在，而是位于永久代中。所以，這時候方法區(qū)也是可以被垃圾回收的。

實踐證明，JVM中存在著大量的聲明短暫的對象，還有一些生命周期比較長的對象。為了對他們采用不同的收集策略，采用了分代收集算法，所以HotSpot虛擬機把的根據(jù)對象的年齡不同，把堆分位新生代、老年代和永久代。

在Java 8中 ，HotSpot虛擬機移除了永久代，使用本地內(nèi)存來存儲類元數(shù)據(jù)信息并稱之為：元空間（Metaspace）



Q3：運行時數(shù)據(jù)區(qū)中哪些區(qū)域是線程共享的？哪些是獨享的？

在JVM運行時內(nèi)存區(qū)域中，PC寄存器、虛擬機棧和本地方法棧是線程獨享的。

而Java堆、方法區(qū)是線程共享的。但是值得注意的是，Java堆其實還未每一個線程單獨分配了一塊TLAB空間，這部分空間在分配時是線程獨享的，在使用時是線程共享的。（TLAB介紹）

Q4：除了JVM運行時內(nèi)存以外，還有什么區(qū)域可以用嗎？

除了我們前面介紹的虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)以外，還有一部分內(nèi)存也被頻繁使用，他不是運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，他就是——直接內(nèi)存。

直接內(nèi)存的分配不受Java堆大小的限制，但是他還是會收到服務(wù)器總內(nèi)存的影響。

在JDK 1.4中引入的NIO中，引入了一種基于Channel和Buffer的I/O方式，他可以使用Native函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的應(yīng)用進行操作。



Q5：堆和棧的區(qū)別是什么？

堆和棧（虛擬機棧）是完全不同的兩塊內(nèi)存區(qū)域，一個是線程獨享的，一個是線程共享的，二者之間最大的區(qū)別就是存儲的內(nèi)容不同：

堆中主要存放對象實例。?
棧（局部變量表）中主要存放各種基本數(shù)據(jù)類型、對象的引用。

Q6：Java中的數(shù)組是存儲在堆上還是棧上的？

在Java中，數(shù)組同樣是一個對象，所以對象在內(nèi)存中如何存放同樣適用于數(shù)組；

所以，數(shù)組的實例是保存在堆中，而數(shù)組的引用是保存在棧上的。



Q7：Java中的對象創(chuàng)建有多少種方式？

Java中共有5種方式可以創(chuàng)建一個對象。

最簡單的方式就是使用new關(guān)鍵字。

User user = new User();

除此以外，還可以使用反射機制創(chuàng)建對象：

User user = User.class.newInstance();

或者使用Constructor類的newInstance：

Constructor<User> constructor = User.class.getConstructor();User user = constructor.newInstance(););
User user = constructor.newInstance();

除此之外還可以使用clone方法和反序列化的方式，這兩種方式不常用并且代碼比較復雜，就不在這里展示了，感興趣的可以自行了解下。

Q8：Java中對象創(chuàng)建的過程是怎么樣的？

對于一個普通的Java對象的創(chuàng)建，大致過程如下：

1、虛擬機遇到new指令，到常量池定位到這個類的符號引用。?
2、檢查符號引用代表的類是否被加載、解析、初始化過。?
3、虛擬機為對象分配內(nèi)存。?
4、虛擬機將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值。?
5、虛擬機對對象進行必要的設(shè)置。?
6、執(zhí)行方法，成員變量進行初始化。

Q9：Java中的對象一定在堆上分配內(nèi)存嗎？

前面我們說過，Java堆中主要保存了對象實例，但是，隨著JIT編譯期的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)逐漸成熟，棧上分配、標量替換優(yōu)化技術(shù)將會導致一些微妙的變化，所有的對象都分配到堆上也漸漸變得不那么“絕對”了。

其實，在編譯期間，JIT會對代碼做很多優(yōu)化。其中有一部分優(yōu)化的目的就是減少內(nèi)存堆分配壓力，其中一種重要的技術(shù)叫做逃逸分析。

如果JIT經(jīng)過逃逸分析，發(fā)現(xiàn)有些對象沒有逃逸出方法，那么有可能堆內(nèi)存分配會被優(yōu)化成棧內(nèi)存分配。（關(guān)于逃逸分析和棧上分配可以參考：深入理解Java中的逃逸分析、對象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的）



Q10：怎么如何獲取堆和棧的dump文件？

Java Dump，Java虛擬機的運行時快照。將Java虛擬機運行時的狀態(tài)和信息保存到文件。

可以使用在服務(wù)器上使用jmap命令來獲取堆dump，使用jstack命令來獲取線程的調(diào)用棧dump。（關(guān)于jmap和jstack可以參考：Java命令學習系列（三）——Jmap、Java命令學習系列（二）——Jstack）

以上，就是本文的全部內(nèi)容，對于其中的很多知識點，作者并未逐一展開，感興趣的朋友可以自行學習一下，關(guān)于Java虛擬機相關(guān)知識，推薦三本書：《深入理解Java虛擬機》、《HotSpot實戰(zhàn)》以及《Java虛擬機規(guī)范（第8版）》，本文中內(nèi)容也參考了這三本書中很多內(nèi)容。希望對你有幫助。

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總結(jié)

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