前言
- Java開發(fā)中，我們不需要像在進(jìn)行C/C++開發(fā)那樣，需要自己去寫delete/free來(lái)釋放申請(qǐng)的內(nèi)存集峦，在Java中內(nèi)存是交給虛擬機(jī)管理，凡事都是兩面的抠刺，因?yàn)槲覀儼褍?nèi)存控制權(quán)交給了Java虛擬機(jī)塔淤，一旦出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏和溢出問(wèn)題，如果我們不了解虛擬機(jī)時(shí)怎么使用的內(nèi)存速妖，那么排查問(wèn)題將會(huì)非常困難高蜂。
運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)域
Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，這些區(qū)域都有各自的用途罕容，以及銷毀的時(shí)間备恤，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)域則依賴用戶線程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷毀锦秒。
Java堆
- Java堆是被所有的線程共享的內(nèi)存區(qū)域露泊，在虛擬機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候創(chuàng)建楞件，此內(nèi)存區(qū)域唯一的目的是存放對(duì)象實(shí)例巾钉，幾乎所有的對(duì)象都在這里分配內(nèi)存。Java虛擬機(jī)規(guī)范中描述的是所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都在堆上分配瞪浸。
- Java堆是垃圾管理器主要管理的區(qū)域生真，
- 根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范中規(guī)定沉噩，Java堆可以處在物理上不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，只要邏輯上是連續(xù)的就可以柱蟀。就像我們的磁盤一樣川蒙，在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的长已。如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存用于實(shí)例分配畜眨，且堆也沒(méi)有辦法擴(kuò)展時(shí)昼牛，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。
Java中的方法區(qū)
方法區(qū)與堆一樣康聂，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域匾嘱，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息，常量早抠，靜態(tài)變量，即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)撬讽，雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分蕊连，但是它卻有一個(gè)別名叫做Non-Heap(非堆)。目的是把它與Java堆分開來(lái)游昼。
java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)這個(gè)區(qū)域的限制非常寬松甘苍，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集烘豌。
相對(duì)而言载庭，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的。但非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如同永久代這個(gè)名字一樣廊佩，永久的存在了囚聚，這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)是正對(duì)常量池的回收和堆類型的卸載。
程序計(jì)數(shù)器
- 程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存區(qū)域标锄，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器顽铸。在虛擬機(jī)的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機(jī)可能會(huì)通過(guò)一些更高效的方法去實(shí)現(xiàn)）料皇，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選去下一條執(zhí)行的字節(jié)碼指令谓松，分支，循環(huán)践剂，跳轉(zhuǎn)鬼譬，異常處理，線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成逊脯。
Java虛擬機(jī)棧
與程序計(jì)數(shù)器一樣优质，Java虛擬機(jī)棧（Java virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同男窟，虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型盆赤，每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表，操作數(shù)棧歉眷，動(dòng)態(tài)鏈接牺六，方法出口等信息，每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程汗捡，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧道出棧的過(guò)程淑际。
局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）,對(duì)象引用（reference 類型畏纲，它不等同于對(duì)象本身，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔槾郝疲部赡苁侵赶蛞粋€(gè)代表的句柄或其它與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向一條字節(jié)碼指令的地址）
本地方法棧
- 本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似盗胀，它們之間的區(qū)別是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)锄贼，在虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)本地方法棧中方法使用的語(yǔ)言票灰，使用方法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由的實(shí)現(xiàn)它宅荤。甚至有的虛擬機(jī)（比如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接把本地方法棧和虛擬機(jī)合二為一屑迂。與虛擬機(jī)一樣，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryErrory異常冯键。
運(yùn)行時(shí)常量池
運(yùn)行常量池是方法區(qū)的一部分惹盼，Class文件中除了有類型的版本，字段惫确，方法手报，接口等描敘信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池改化，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用掩蛤，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放。
Java虛擬機(jī)對(duì)Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴(yán)格規(guī)定所袁，每一個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范上的要求才會(huì)被虛擬機(jī)認(rèn)可盏档，裝載，和執(zhí)行燥爷，但對(duì)于運(yùn)行時(shí)常量池蜈亩，Java虛擬機(jī)規(guī)范沒(méi)有做任何細(xì)節(jié)的要求，不同的提供商實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)可以按照自己的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)內(nèi)存區(qū)域前翎，不過(guò)稚配，一般來(lái)說(shuō)，除了保存Class文件中描述的符號(hào)引用外港华，還會(huì)把翻譯出來(lái)的直接引用也存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)常量池中道川。
直接內(nèi)存
- 直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域立宜。但是這部分內(nèi)存也被頻繁的使用冒萄，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。
- 在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)類橙数，引入了一種基于通道（channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式尊流，它可以使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過(guò)一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存區(qū)域的引用進(jìn)行操作灯帮。這樣能在一些場(chǎng)景中顯著的提高性能崖技，因?yàn)楸苊饬嗽贘ava堆和Native堆之間來(lái)回復(fù)制數(shù)據(jù)逻住。
- 本機(jī)直接內(nèi)存不會(huì)受Java堆大小的限制，但是迎献，既然是內(nèi)存瞎访，那么還是會(huì)受到本機(jī)總的內(nèi)存（包塊RAM以及SWAP區(qū)或者分頁(yè)文件）大小以及處理器尋址空間的限制。服務(wù)器管理人員在配置虛擬機(jī)參數(shù)時(shí)吁恍，會(huì)根據(jù)實(shí)際內(nèi)存設(shè)置-Xmx等信息參數(shù)信息扒秸，但經(jīng)常忽略直接內(nèi)存，使的各個(gè)內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn)OutOfMemoryError異常冀瓦。
對(duì)象的創(chuàng)建
- Java是面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言鸦采，在Java程序運(yùn)行過(guò)程中無(wú)時(shí)無(wú)刻都有對(duì)象被創(chuàng)建出來(lái)，在語(yǔ)言層面咕幻，創(chuàng)建對(duì)象通常僅僅就是一個(gè)new關(guān)鍵字而已，而在虛擬機(jī)中顶霞，對(duì)象（僅僅是普通Java對(duì)象肄程，不包括數(shù)組和class對(duì)象）的創(chuàng)建過(guò)程又是怎么樣呢？
- 虛擬機(jī)遇到一條new指令的時(shí)候选浑，首先將去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用蓝厌，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已被加載，解析古徒，和初始化拓提，如果沒(méi)有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過(guò)程隧膘。
- 在類加載檢查通過(guò)后代态，接下來(lái)虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存，對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類加載完畢過(guò)后便可完全確定疹吃，為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java 堆中劃分出來(lái)蹦疑，假設(shè)Java 堆中的內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的，所有用喲的內(nèi)存都放在一邊萨驶，空閑的內(nèi)存放在另一邊歉摧，中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器，那所分配內(nèi)存就僅僅是把那個(gè)指針向空閑的空間那邊挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離腔呜，這種分配方式稱為指針碰撞叁温。
- 如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑內(nèi)存相互交錯(cuò)核畴，那就沒(méi)有辦法簡(jiǎn)單的進(jìn)行指針碰撞了膝但，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)隊(duì)表，記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的膛檀，在分配的時(shí)候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例锰镀，并更新列表上的記錄娘侍，這種分配方式稱為“空閑列表”。選擇哪種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定泳炉，而Java堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定憾筏。
