1. JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

1.1. 程序計(jì)數(shù)器

• 是一塊較小的內(nèi)存空間瘫想，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。
• 每條線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器蛉谜，各條線程之間計(jì)數(shù)器互不影響部脚，獨(dú)立存儲(chǔ)远搪，這類(lèi)內(nèi)存區(qū)域被稱(chēng)為“線程私有”的內(nèi)存。
• 是唯一一個(gè)在JVM規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域击碗。

1.2. 虛擬機(jī)棧

• 描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：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)局部變量表筑悴、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接稍途、方法出入口等信息阁吝。每個(gè)方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過(guò)程，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(guò)程晰房。
• 也是線程私有的求摇，其生命周期與線程相同。
• 局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型殊者，所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配与境。
• 這個(gè)區(qū)域有兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常猖吴；如果動(dòng)態(tài)擴(kuò)展虛擬機(jī)棧時(shí)摔刁，無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常海蔽。

1.3. 本地方法棧

• 和虛擬機(jī)棧作用相似共屈，只不過(guò)虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（字節(jié)碼）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)党窜。
• 拋出的兩種異常也與虛擬機(jī)棧相同拗引。

1.4. Java堆

• 被所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建幌衣。此區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例矾削，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。
• Java堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代豁护；Eden哼凯、From Survivor、To Survivor空間等楚里；多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)（TLAB）断部。
• 可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間，只要邏輯上是連續(xù)的即可班缎。
• 可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的蝴光，也可以是可擴(kuò)展的她渴。
• 如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)虱疏，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常惹骂。

1.5. 方法區(qū)

• 是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息做瞪、常量对粪、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)装蓬。
• HotSpot虛擬機(jī)中的方法區(qū)常被稱(chēng)為“永久代”著拭，可以像管理Java堆一樣管理方法區(qū)，但這樣更容易遇到內(nèi)存溢出的問(wèn)題‰怪悖現(xiàn)在儡遮，HotSpot虛擬機(jī)已經(jīng)逐步改為采用Native Memory來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)了。
• JVM規(guī)范中暗赶，方法區(qū)可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集鄙币。
• 當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿(mǎn)足內(nèi)存分配的需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常蹂随。

1.6. 運(yùn)行時(shí)常量池

• 是方法區(qū)的一部分十嘿，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，在類(lèi)加載后進(jìn)入方法區(qū)岳锁。
• 對(duì)運(yùn)行時(shí)常量池的格式绩衷，JVM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)可以按照自己的需要來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)內(nèi)存區(qū)域激率。
• Java語(yǔ)言并不要求常量一定只有編譯器才能產(chǎn)生咳燕，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，如String類(lèi)的intern()方法乒躺。
• 當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)招盲，會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

1.7. 直接內(nèi)存

• 并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分嘉冒，也不是JVM規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域宪肖。但是這部分內(nèi)存也被頻繁地使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)健爬。
• JDK 1.4中新加入了NIO類(lèi)，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的I/O方式么介。使用Native函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存娜遵，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)存的引用進(jìn)行操作。這樣避免了在Java堆和Native堆之間來(lái)回復(fù)制數(shù)據(jù)壤短，能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能设拟。
• 直接內(nèi)存的分配不會(huì)收到Java堆大小的限制慨仿，但是還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存的限制。

2. HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象探秘

2.1. 對(duì)象的創(chuàng)建

• 當(dāng)虛擬機(jī)遇到一條new指令時(shí)纳胧，首先檢查這個(gè)指令的參數(shù)能否在常量池中定位到一個(gè)類(lèi)的符號(hào)引用镰吆，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類(lèi)是否已被加載、解析和初始化過(guò)跑慕。如果沒(méi)有万皿，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類(lèi)加載過(guò)程。
• 在類(lèi)加載檢查通過(guò)后核行，虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存牢硅。對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類(lèi)加載完成后便可完全確定，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)芝雪。
• 如果堆內(nèi)存是規(guī)整的减余，則使用指針碰撞的分配方式（Serial、ParNew）惩系，否則使用空閑列表（CMS）位岔。
• 并發(fā)情況下的線程安全問(wèn)題的解決方案：
  • 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加上失敗重試的方式保證更新操作的原子性堡牡。
  • 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)行抒抬，即每個(gè)線程在堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存（TLAB）。只有TLAB用完并分配新的TLAB時(shí)悴侵，才需要同步鎖定瞧剖。
• 接下來(lái)，虛擬機(jī)要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置可免，例如這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類(lèi)的實(shí)例抓于，如何才能找到類(lèi)的元數(shù)據(jù)信息、對(duì)象的哈希碼浇借、對(duì)象的GC分代年齡等信息捉撮。這些信息存放在對(duì)象的對(duì)象頭之中。根據(jù)虛擬機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)的不同妇垢，如是否啟用偏向鎖等巾遭，對(duì)象頭會(huì)有不同的設(shè)置方式。
• 執(zhí)行new指令之后闯估，接著執(zhí)行<init>方法灼舍，把對(duì)象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化。

2.2. 對(duì)象的內(nèi)存布局

• 對(duì)象頭
  • 一部分用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)涨薪，如哈希碼骑素、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志刚夺、線程持有的鎖献丑、偏向線程ID末捣、偏向時(shí)間戳等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長(zhǎng)度在32位和64位的虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit创橄，官方稱(chēng)之為“Mark Word”箩做。
  • 另一部分是類(lèi)型指針，即對(duì)象指向它的類(lèi)元數(shù)據(jù)的指針妥畏，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)例邦邦。如果對(duì)象是一個(gè)數(shù)組，則還需要有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)咖熟。
• 實(shí)例數(shù)據(jù)：是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息圃酵，也是在程序代碼中所定義的各種類(lèi)型的字段內(nèi)容。
• 對(duì)齊填充：并不是必然存在的馍管，也沒(méi)有特別的含義郭赐，僅僅起著占位符的作用。

2.3. 對(duì)象的訪問(wèn)定位

通過(guò)棧上的reference數(shù)據(jù)來(lái)操作堆上的具體對(duì)象确沸，對(duì)象的訪問(wèn)方式取決于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)：

• 句柄訪問(wèn)：堆中劃分出一塊內(nèi)存來(lái)作為句柄池捌锭，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類(lèi)型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息罗捎。
• 直接指針訪問(wèn)：堆對(duì)象的布局中放置訪問(wèn)類(lèi)型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息观谦，而reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址。