前言：剛開始接觸Java虛擬機(jī)的知識(shí)震肮，參考的是周志明的《深入理解Java虛擬機(jī)》這本書湿刽。一方面整理思路兽泣，同時(shí)也為了方便以后查閱怀读，所以整理了書中的內(nèi)容诉位。

? ? ? 本章首先介紹Java虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域，分為6個(gè)區(qū)域菜枷，主要從各個(gè)區(qū)域的作用苍糠、是否為線程共享、可能出現(xiàn)的異常進(jìn)行描述啤誊。然后介紹了對(duì)象的創(chuàng)建過程岳瞭、對(duì)象的內(nèi)存布局以及如何訪問對(duì)象，在對(duì)象的創(chuàng)建過程中要注意內(nèi)存分配的兩種方式（指針碰撞和空閑列表）蚊锹，在并發(fā)情況下如何做到線程安全（同步或者使用TLAB）瞳筏；對(duì)象的內(nèi)存布局包括對(duì)象頭，實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充三個(gè)部分牡昆；對(duì)象的訪問有兩種方式姚炕，使用句柄訪問或者使用直接指針訪問。最后丢烘，是實(shí)戰(zhàn)部分柱宦，模擬了Java堆溢出、棧溢出和方法區(qū)與運(yùn)行時(shí)常量池的溢出铅协，并簡(jiǎn)要介紹了遇到這些情況如何分析和解決捷沸。

一.運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存包括以下6個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在狐史，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

1.程序計(jì)數(shù)器

1）如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法痒给，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方法骏全，這個(gè)計(jì)數(shù)器的值為空

2）線程私有

3）唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域

2.Java虛擬機(jī)棧

1）描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型苍柏，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)局部變量表姜贡、操作數(shù)棧试吁、動(dòng)態(tài)連接、方法的出口信息等

每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程楼咳，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程

其中熄捍，局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對(duì)象引用類型和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）母怜；所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配

2）線程私有

3）規(guī)定了兩種異常狀況：

如果線程請(qǐng)求的深度大于虛擬機(jī)所允許的深度余耽，將拋出StackOverflowError異常

如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展苹熏，而擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存碟贾，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

3.本地方法棧

1）本地方法棧為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)币喧；虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)

Sun HotSpot虛擬機(jī)直接把虛擬機(jī)棧和本地方法棧合二為一

2）線程私有

3）規(guī)定了兩種異常狀況：StackOverflowError異常與OutOfMemoryError異常

4.Java堆

1）此內(nèi)存唯一的目的是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存（不是所有的對(duì)象實(shí)例袱耽，因?yàn)殡S著JIT編譯器的發(fā)展與逃逸分析計(jì)數(shù)逐漸成熟杀餐，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致一些微妙的變化）

2）線程共享朱巨，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建

3）如果在堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配史翘，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

4）Java堆是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊

Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域蔬崩，因此也被稱作GC堆（Garbage Collection Heap）

5.方法區(qū)

1）存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息恶座、常量、靜態(tài)變量沥阳、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

2）線程共享

3）當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)跨琳，將拋出OutOfMemoryError異常

4）這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收的目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載

5）對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)，很多人把方法區(qū)稱為“永久代”桐罕，本質(zhì)上兩者不等價(jià)脉让，僅僅因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)功炮，這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣管理這部分內(nèi)存溅潜，省去專門為方法區(qū)編寫內(nèi)存管理代碼的工作。但是薪伏，在JDK1.7中滚澜，已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出

6.運(yùn)行時(shí)常量池

1）它是方法區(qū)的一部分

Class文件中有一項(xiàng)是常量池，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號(hào)引用嫁怀，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

常量池中主要存放兩大類常量：字面量和符號(hào)引用设捐。字面量比較接近于Java語言層面的常量的概念（如文本字符串、聲明為final的常量值等）塘淑；

符號(hào)引用則屬于編譯原理方面的概念萝招，包括了三類常量：類和接口的全限定名、字段的名稱和描述符存捺、方法的名稱和描述符

2）線程共享

3）當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常

4）并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池槐沼，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，如String類的intern()方法

二.HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象探秘

1.對(duì)象的創(chuàng)建

1）虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)捌治，首先將去檢查new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)引用岗钩，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過肖油。如果沒有凹嘲，那么必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程

2）在類加載檢查通過后，接下來虛擬機(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成后便可完全確定构韵，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堆中劃分出來周蹭。

i）根據(jù)Java堆是否規(guī)整，有兩種分配方式：

指針碰撞（Bump the Pointer）疲恢，假設(shè)Java堆中內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的凶朗，所有用過的內(nèi)存都放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另一邊显拳，中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器棚愤，那分配內(nèi)存就僅僅是把那個(gè)指針向空閑空間那邊挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離，這種分配方式稱為“指針碰撞”杂数。

空閑列表（Free List）宛畦，假設(shè)Java堆中的內(nèi)存不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯(cuò)揍移，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表次和，記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的，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)例那伐，并更新列表上的記錄踏施，這種分配方式稱為“空閑列表”。

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（如罕邀，Serial畅形、ParNew等帶整理過程，系統(tǒng)采用的分配算法是指針碰撞诉探；CMS基于標(biāo)記-清除日熬，通常采用空閑列表）

ii）并發(fā)情況下的分配

對(duì)象創(chuàng)建在虛擬機(jī)中是非常頻繁的行為，即使僅僅修改一個(gè)指針?biāo)赶虻奈恢蒙隹瑁诓l(fā)情況下也并不是線程安全的竖席，解決這個(gè)問題有兩個(gè)方案：

對(duì)分配內(nèi)存空間的動(dòng)作進(jìn)行同步處理（虛擬機(jī)采用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性）；

把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同的空間之中進(jìn)行阳液，即每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存怕敬，稱為本地線程分配緩存（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）帘皿。哪個(gè)線程要分配內(nèi)存东跪，就在哪個(gè)線程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時(shí)鹰溜，才需要同步鎖定虽填。使用參數(shù)

-XX:+/-UseTLAB來設(shè)定虛擬機(jī)是否使用TLAB

3）內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值（不包括對(duì)象頭）

如果使用TLAB曹动，這一工作過程可以提前至TLAB分配時(shí)進(jìn)行斋日。

此操作保證實(shí)例字段在Java中不賦初值就可以直接使用

4）虛擬機(jī)對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，如這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例墓陈、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息恶守、對(duì)象的哈希碼值第献、對(duì)象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對(duì)象的對(duì)象頭之中

5）此時(shí)兔港，從虛擬機(jī)的視角看庸毫，一個(gè)新的對(duì)象已經(jīng)產(chǎn)生了，但從Java程序員的視角看衫樊，對(duì)象創(chuàng)建才剛剛開始飒赃，方法還沒執(zhí)行，所有的字段都還為0.所以科侈，執(zhí)行new指令之后會(huì)接著執(zhí)行init方法载佳，把對(duì)象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化，這樣一個(gè)真正的對(duì)象才算完全生產(chǎn)出來

2.對(duì)象的內(nèi)存布局

在HotSpot虛擬機(jī)中臀栈，對(duì)象的內(nèi)存布局可以分為：對(duì)象頭蔫慧、實(shí)例數(shù)據(jù)、對(duì)齊填充

1）對(duì)象頭包括兩部分信息：

第一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)挂脑，如哈希碼藕漱、GC分代年齡、鎖標(biāo)志狀態(tài)崭闲、線程持有的鎖肋联、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等刁俭。這部分?jǐn)?shù)據(jù)長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)中分別是32bit和64bit ? 官方稱它為Mark Word

第二部分是類型指針橄仍，即對(duì)象指向它的類元素?cái)?shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過指針來確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例牍戚。（并不是所有的虛擬機(jī)都有類型指針）

如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組侮繁，在對(duì)象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

2）實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息如孝，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容宪哩。

這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)收到虛擬機(jī)分配策略（相同寬度的字段總是被分配到一起）參數(shù)和字段在Java源碼中的定義順序的影響。

3）對(duì)齊填充

起著占位符的作用（對(duì)象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍）

3.對(duì)象的訪問定位

1）通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對(duì)象

使用直接指針訪問（HotSpot虛擬機(jī)）第晰，reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址锁孟。優(yōu)點(diǎn)：速度快

2）使用句柄訪問，Java堆中會(huì)劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池茁瘦，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址品抽，句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體信息。

優(yōu)勢(shì)：reference中存儲(chǔ)的是穩(wěn)定的句柄地址甜熔，在對(duì)象被移動(dòng)時(shí)只會(huì)改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針圆恤，而reference本身不需要修改

三.實(shí)戰(zhàn)部分：OutOfMemoryError異常

1.Java堆溢出

Java堆是用來存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例的，如果不斷地創(chuàng)建對(duì)象腔稀，并且通過GC Roots到對(duì)象之間有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對(duì)象盆昙，那么在對(duì)象數(shù)量達(dá)到堆容量的上限時(shí)就會(huì)溢出異常羽历。

1）如何模擬Java堆溢出呢？

設(shè)置JVM參數(shù)：-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

限制堆的內(nèi)存為20M淡喜，在那么中通過死循環(huán)創(chuàng)建對(duì)象窄陡，就會(huì)出現(xiàn)OutOfMemoryError。

異常堆棧信息： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2）如何分析呢拆火？

上面JVM中的第三個(gè)參數(shù)是讓虛擬機(jī)在出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時(shí)Dump出當(dāng)前的內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照，可以通過內(nèi)存映像分析工具（Eclipse Memory Analyzer）對(duì)Dump出來的轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照進(jìn)行分析涂圆，分析是出現(xiàn)了內(nèi)存泄露（Memory Leak）還是內(nèi)存溢出（Memory Overflow）们镜。

如果是內(nèi)存泄露，通過工具查看泄露對(duì)象到GC Roots的引用鏈润歉，掌握泄露對(duì)象的類型信息及GC Roots引用鏈的信息模狭，定位出泄露代碼的位置；

如果是內(nèi)存溢出踩衩，即內(nèi)存中的對(duì)象都必須存活著嚼鹉，那么檢查虛擬機(jī)的堆參數(shù)是否可以調(diào)大，并檢查代碼總是否存在某些對(duì)象生命周期過長(zhǎng)驱富、持有狀態(tài)時(shí)間過長(zhǎng)的情況锚赤，減少程序運(yùn)行期的內(nèi)存消耗。

2.虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)褐鸥，棧容量由 -Xss參數(shù)設(shè)定线脚，會(huì)出現(xiàn)兩種異常。

1）如何模擬棧的溢出呢叫榕？

在單線程下浑侥，使用-Xss減少棧的容量或是定義大量的本地變量，增大此方法幀中本地變量表的長(zhǎng)度晰绎，都會(huì)拋出StackOverflowError寓落。

在多線程情況下，通過不斷建立線程的方式可以產(chǎn)生內(nèi)存溢出異常荞下。出現(xiàn)這種異常后伶选，如果是建立太多線程導(dǎo)致的內(nèi)存溢出，而且又不能減少線程數(shù)或更換64位虛擬機(jī)锄弱，可以通過減少最大堆和減少棧容量來換取更多的線程（Xmx：最大堆容量+MaxPermSize：最大方法區(qū)容量+棧容量）考蕾。

3.方法區(qū)和運(yùn)行時(shí)常量池溢出

在JDK1.6中，String.intern方法會(huì)把首次遇到的字符串實(shí)例復(fù)制到永久代中会宪，返回的是永久代中這個(gè)字符串實(shí)例的引用肖卧；

在JDK1.7中，String.intern方法不再復(fù)制實(shí)例掸鹅，只是在常量池中記錄首次出現(xiàn)的實(shí)例的引用塞帐。

方法區(qū)的溢出拦赠，基本思路是運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類去填滿方法區(qū)。