一人柿、運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域
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Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)吧它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途忙厌，以及創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的時(shí)間顷扩，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在，有些區(qū)域則依賴(lài)用戶(hù)線(xiàn)程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷(xiāo)毀慰毅。
JVM內(nèi)存分布圖
1 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）
- 程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間隘截，可以看作是當(dāng)前線(xiàn)程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。
- 線(xiàn)程私有：由于Java虛擬機(jī)的多線(xiàn)程是通過(guò)線(xiàn)程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)是實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻婶芭，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）都會(huì)執(zhí)行一條線(xiàn)程中的指令东臀。因此，為了線(xiàn)程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置犀农，每條線(xiàn)程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器惰赋，各線(xiàn)程計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)呵哨。
- 唯一一個(gè)不會(huì)出現(xiàn)OutOfMemoryError情況的區(qū)域：如果線(xiàn)程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法赁濒，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是Native方法孟害，這個(gè)計(jì)數(shù)器值為空（Undefined）拒炎。
2 Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）
- 線(xiàn)程私有，生命周期與線(xiàn)程相同
- 存儲(chǔ)局部變量表（基本類(lèi)型挨务、對(duì)象引用）击你、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接谎柄、方法出口等信息丁侄。
- java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個(gè)方法執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀朝巫，每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程鸿摇，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。
- StackOverflowError異常：當(dāng)線(xiàn)程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度
- OutOfMemoryError異常：如果棧的擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存
JVM棧是線(xiàn)程私有的劈猿，每個(gè)線(xiàn)程創(chuàng)建的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建JVM棧户辱，JVM棧中存放的為當(dāng)前線(xiàn)程中局部基本類(lèi)型的變量、部分的返回結(jié)果以及Stack Frame糙臼。其他引用類(lèi)型的對(duì)象在JVM棧上僅存放變量名和指向堆上對(duì)象實(shí)例的首地址。
3 本地方法棧（Native Method Stack）
- 與虛擬機(jī)棧相似恩商，主要為虛擬機(jī)使用到Native方法服務(wù)变逃，在HotSpot虛擬機(jī)中直接把本地方法棧與虛擬機(jī)棧二合一
4 Java堆（Java Heap）
- 被所有線(xiàn)程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建
- 所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配
- 可以通過(guò)-Xmx和-Xms控制堆的大小
- OutOfMemoryError異常：當(dāng)在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配怠堪，且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)揽乱。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域。
細(xì)致劃分為：
（1） 新生代：新建的對(duì)象都由新生代分配內(nèi)存粟矿。常常又被劃分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)凰棉。Eden空間不足時(shí)會(huì)把存活的對(duì)象轉(zhuǎn)移到Survivor。新生代的大小可由-Xmn控制陌粹，也可用-XX:SurvivorRatio控制Eden和Survivor的比例撒犀。
（2） 舊生代：存放經(jīng)過(guò)多次垃圾回收仍然存活的對(duì)象。
- 持久代（方法區(qū)）：存放靜態(tài)文件，如今Java類(lèi)或舞、方法等荆姆。持久代在方法區(qū)，對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響映凳。
5 方法區(qū)（Method Area）
- 線(xiàn)程間共享
- 用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息胆筒、常量、靜態(tài)變量诈豌、即時(shí)編譯器后的代碼等數(shù)據(jù)仆救。
- OutOfMemoryError異常：當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿(mǎn)足內(nèi)存的分配需求時(shí)
6 運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）
- 方法區(qū)的一部分
- 用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，如String類(lèi)型常量就存放在常量池
- OutOfMemoryError異常：當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)
7 直接內(nèi)存（Direct Memory）
- 直接內(nèi)存并不是虛擬機(jī)運(yùn)行的一部分矫渔，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域彤蔽，但是這部分內(nèi)存也被頻繁使用
- OutOfMemoryError異常：系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)
- NIO可以使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作
- 大小不受Java堆大小的限制，受本機(jī)(服務(wù)器)內(nèi)存限制
注：
- Java對(duì)象實(shí)例存放在堆中；
- 常量存放在方法區(qū)的常量池格带；
- 虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息肛宋、常量、靜態(tài)變量誓沸、及時(shí)編輯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)放在方法區(qū)；
- 以上區(qū)域是所有線(xiàn)程共享的；
5.棧是線(xiàn)程私有的撕阎，存放該方法的局部變量表（基本類(lèi)型、對(duì)象引用）碌补、操作數(shù)棧虏束、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息厦章；
6.一個(gè)Java程序?qū)?yīng)一個(gè)JVM镇匀，一個(gè)方法（線(xiàn)程）對(duì)應(yīng)一個(gè)Java棧。
二袜啃、Java 對(duì)象的內(nèi)存分布
1. 存儲(chǔ)布局的3塊區(qū)域
1.1 對(duì)象頭（Header）
分為兩部分信息：
-
一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)汗侵，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡群发、鎖狀態(tài)標(biāo)志晰韵、線(xiàn)程持有的鎖、偏向線(xiàn)程ID熟妓、偏向時(shí)間戳等雪猪，這部分的長(zhǎng)度在32位和64位（未開(kāi)啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，即 “Mark Word”起愈。
HotSpot 虛擬機(jī)對(duì)象頭 Mark Work - 另一部分是類(lèi)型指針只恨，即對(duì)象指向它的類(lèi)元數(shù)據(jù)的指針译仗，虛擬機(jī)通過(guò)這個(gè)指針來(lái)確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例
1.2 實(shí)例數(shù)據(jù)（Instance Data）
- 是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類(lèi)型的字段內(nèi)容
1.3 對(duì)齊填充（Padding）
- 類(lèi)似于占位符坤次，由于 HotSpot的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象起始位置必須是 8字節(jié)的整數(shù)倍古劲，即對(duì)象的大小必須是 8字節(jié)的整數(shù)倍，而對(duì)象頭部分在正好是 8字節(jié)的倍數(shù)（1倍或者2倍）缰猴，因此产艾，當(dāng)對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)部分沒(méi)有對(duì)齊時(shí)，就需要通過(guò)對(duì)齊填充來(lái)補(bǔ)全滑绒。
2.壓縮指針
- 為了減少類(lèi)型指針的內(nèi)存占用闷堡，將 64 為指針壓縮至 32 位，進(jìn)而節(jié)約內(nèi)存疑故。之前 64 為尋址杠览，尋的是字節(jié)，現(xiàn)在 32 位尋址纵势，尋的是變量踱阿。
- 對(duì)應(yīng)虛擬機(jī)選項(xiàng) -XX:+UseCompressedOops，默認(rèn)開(kāi)啟钦铁∪砩啵可將堆中原本 64位的Java對(duì)象指針壓縮成32 位的。因此對(duì)象頭中的類(lèi)型指針也會(huì)被壓縮成 32位牛曹，使得對(duì)象頭大小從 16字節(jié)將至 12字節(jié)佛点。
- 內(nèi)存對(duì)齊，對(duì)應(yīng)虛擬機(jī)選項(xiàng) -XX:ObjectAlignmentlnBytes黎比，默認(rèn)值為 8超营。使得CPU緩存行 可以更好的實(shí)施。保證每個(gè)變量都只出現(xiàn)在一條緩存行中阅虫，不會(huì)出現(xiàn)跨行緩存演闭。提高程序的執(zhí)行效率
3. 字段重排列
- Java 虛擬機(jī)重新分配字段的先后順序，以達(dá)到內(nèi)存對(duì)齊的目的颓帝，即方便尋址和節(jié)省空間米碰。JVM有三種排列方法（對(duì)應(yīng)JVM選項(xiàng) -XX:FieldsAllocationStyle，默認(rèn)值為1）
遵循的規(guī)則：- 如果一個(gè)字段占據(jù) C 個(gè)字節(jié)躲履，那么該字段的偏移量需要對(duì)齊至 NC。（這里偏移量至的是字段地址與對(duì)象的起始地址差值）聊闯。
以long 類(lèi)為例工猜，它僅有一個(gè) long 類(lèi)型的實(shí)例字段，在使用了壓縮指針的 64位虛擬機(jī)中菱蔬，盡管對(duì)象頭的大小為 12 字節(jié)篷帅，該long 類(lèi)型字段的偏移量也只能是16史侣， 而中間空著的 4字節(jié)便會(huì)被浪費(fèi)掉。 - 子類(lèi)所繼承字段的偏移量魏身，需要與父類(lèi)對(duì)應(yīng)字段的偏移量保持一致惊橱。
對(duì)具體實(shí)現(xiàn)中，Java 虛擬機(jī)還會(huì)對(duì)齊子類(lèi)字段的起始位置箭昵。對(duì)于使用了壓縮指針的 64位虛擬機(jī)税朴，子類(lèi)第一個(gè)字段需要對(duì)齊至 4N；而對(duì)于關(guān)閉了壓縮指針的 64位虛擬機(jī)家制，子類(lèi)第一個(gè)字段則需要對(duì)齊至 8N正林。
如下代碼：
- 如果一個(gè)字段占據(jù) C 個(gè)字節(jié)躲履，那么該字段的偏移量需要對(duì)齊至 NC。（這里偏移量至的是字段地址與對(duì)象的起始地址差值）聊闯。
class A {
long l;
int i；
}
class B extends A {
long l;
int i;
}
啟動(dòng)壓縮指針觅廓，子類(lèi)第一個(gè)字段需要對(duì)齊至 4N，對(duì)象整體大小也需要對(duì)齊至 4N
# 啟用壓縮指針時(shí)涵但，B 類(lèi)的字段分布
B object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION
0 4 (object header)
4 4 (object header)
8 4 (object header)
12 4 int A.i 0
16 8 long A.l 0
24 8 long B.l 0
32 4 int B.i 0
36 4 (loss due to the next object alignment)
關(guān)閉壓縮指針杈绸，子類(lèi)第一個(gè)字段需要對(duì)齊至 8N，并且對(duì)象整體大小也需要對(duì)齊至 8N
# 關(guān)閉壓縮指針時(shí)矮瘟，B 類(lèi)的字段分布
B object internals:
OFFSET SIZE TYPE DESCRIPTION
0 4 (object header)
4 4 (object header)
8 4 (object header)
12 4 (object header)
16 8 long A.l
24 4 int A.i
28 4 (alignment/padding gap)
32 8 long B.l
40 4 int B.i
44 4 (loss due to the next object alignment)
