我們知道JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)也就是java程序時運行區(qū)州刽，所以在了解之前首先對其思考：
- JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)都包含哪幾部分，都是如何劃分的？
- 每部分都是存儲的什么數(shù)據(jù)？
- 真正運行時攻臀，一個對象創(chuàng)建的時候，是怎么分配的洪碳？
下面我們就以上面3個問題為引子架诞，來了解JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)。
一.JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)
如下圖所示：
可以看到狗超，運行時數(shù)據(jù)區(qū)主要包含：方法區(qū)弹澎、堆、java棧努咐、本地方法棧苦蒿、程序計數(shù)器。其中方法區(qū)和堆是所有線程共享的渗稍，java棧佩迟、本地方法棧团滥、程序計數(shù)器是線程私有的。
二报强、JVM結(jié)構(gòu)分拆
1.程序計數(shù)器(Program Counter Register)
????程序技術(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間灸姊，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的行號指示器。在任意時刻躺涝，一條 Java 虛擬機(jī)線程只會執(zhí)行一個方法的代碼厨钻，這個正在被線程執(zhí)行的方法稱為該線程的當(dāng)前方法（Current Method）。如果這個方法不是 native 的坚嗜，那 PC 寄存器就保存 Java 虛擬機(jī)正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址夯膀，如果該方法是 native 的，那 PC 寄存器的值是 undefined苍蔬。PC 寄存器的容量至少應(yīng)當(dāng)能保存一個 returnAddress 類型的數(shù)據(jù)或者一個與平臺相關(guān)的本地指針的值诱建。此內(nèi)存是唯一一個在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
????與程序計數(shù)器一樣碟绑，Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的俺猿，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型格仲，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表押袍、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接凯肋、方法出口等信息谊惭。每一個方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程侮东。
我們平時所說的基本變量在棧中分配圈盔，就是說的java棧，準(zhǔn)確來說是說的局部變量表悄雅。
對于Java棧會出現(xiàn)一下2種異常情況：
- 如果線程請求的棧的深度大于虛擬機(jī)所允許的深度驱敲，將會拋出StackOverflowError異常；
- 如果 Java 虛擬機(jī)椏硐校可以動態(tài)擴(kuò)展众眨，并且擴(kuò)展的動作已經(jīng)嘗試過，但是目前無法申請到足夠的內(nèi)存去完成擴(kuò)展容诬，或者在建立新的線程時沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應(yīng)的虛擬機(jī)棧围辙，那 Java 虛擬機(jī)將會拋出一個 OutOfMemoryError 異常。
3.本地方法棧
????本地方法棧和虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似放案，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(也就是字節(jié)碼)服務(wù)，本地方法棧為虛擬機(jī)使用到的Native方法(c或c++)服務(wù)矫俺。也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常吱殉。
4.堆（Heap）
????在 Java 虛擬機(jī)中掸冤，堆（Heap）是可供各條線程共享的運行時內(nèi)存區(qū)域，也是供所有類實例和數(shù)組對象分配內(nèi)存的區(qū)域友雳。
????Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域稿湿，所有又稱為"GC堆"（Garbage Collected Heap）。
- Java堆的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
- Java堆由新生代(YoungGeneration)和老年代(OldGeneration)構(gòu)成押赊。年輕代又分為3部分：Eden（伊甸）區(qū)饺藤、From Survivor（幸存）區(qū)、To Survivor區(qū)流礁，默認(rèn)情況下年輕代按照8:1:1的比例來分配（-XX:SurvivorRatio）涕俗。
JVM控制參數(shù)：
- -Xms:JVM初始時堆內(nèi)存大小
- -Xmx:JVM最大可用的堆內(nèi)存大小
JVM也是一個軟件，也必須要獲取本機(jī)的物理內(nèi)存神帅，然后JVM會負(fù)責(zé)管理向操作系統(tǒng)申請到的內(nèi)存資源再姑。JVM啟動的時候會向操作系統(tǒng)申請 -Xms 設(shè)置的內(nèi)存，JVM啟動后運行一段時間找御，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)存空間不足元镀，會再次向操作系統(tǒng)申請內(nèi)存。JVM能夠獲取到的最大堆內(nèi)存是-Xmx設(shè)置的值霎桅。
- -XX:MaxNewSize設(shè)置新生代最大空間大小栖疑。
- -XX:NewSize設(shè)置新生代最小空間大小。
沒有直接設(shè)置老年代大小的參數(shù)滔驶，但可以計算出來：
老年代大杏龈铩＝堆內(nèi)存大小－新生代大小
- -XX:MaxPermSize設(shè)置永久代最大空間大小瓜浸。
- -XX:PermSize設(shè)置永久代最小空間大小澳淑。
- -XX:SurvivorRatio：設(shè)置新生代中1個Eden區(qū)與1個Survivor區(qū)的大小比值，默認(rèn)設(shè)置8插佛。如新生代的大小為100M杠巡，則Eden區(qū)大小為80M，2個Survivor區(qū)大小分別為10M雇寇。
- -Xss設(shè)置每個線程的堆棧大小氢拥。
- 如果實際所需的堆超過了自動內(nèi)存管理系統(tǒng)能提供的最大容量，那 Java 虛擬機(jī)將會拋出一個OutOfMemoryError 異常锨侯。
5.方法區(qū)
????方法區(qū)用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息嫩海、常量、靜態(tài)變量囚痴、即使編譯器編譯或的代碼等數(shù)據(jù)叁怪，所以它是線程共享的。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分深滚，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆）奕谭，目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來涣觉。
a.類及其父類的全限定名（java.lang.Object沒有父類）
b.類的類型（Class or Interface）
c.訪問修飾符（public, abstract, final）
d.實現(xiàn)的接口的全限定名的列表
e.常量池
f.字段信息
g.方法信息
h.靜態(tài)變量
i.ClassLoader引用
j.Class引用
????對于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation）血柳，本質(zhì)上兩者并不等價官册，僅僅是因為HotSpot虛擬機(jī)的設(shè)計團(tuán)隊選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已难捌。
????Java虛擬機(jī)規(guī)范對這個區(qū)域的限制非常寬松膝宁，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，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集根吁。相對而言员淫，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了婴栽。這個區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對常量池的回收和對類型的卸載满粗，一般來說這個區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載愚争，條件相當(dāng)苛刻映皆，但是這部分區(qū)域的回收確實是有必要的。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定轰枝，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時捅彻，將拋出OutOfMemoryError異常。
永久代變更：
- jdk1.7 HotSpot已經(jīng)字符串常量池從“永久代”移除到堆中鞍陨，String.intern詳解——參見深入理解String#intern
- jdk1.8中沒有了永久代步淹，替而代之的是：將方法區(qū)直接放在一個與堆不相連的本地內(nèi)存區(qū)域，這個區(qū)域被叫做元空間(metaspace)——java8元空間
6.運行時常量池
????運行時常量池是方法區(qū)的一部分诚撵，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號引用缭裆。
字面量：直接給值，不聲明變量存儲寿烟。例：int a = 3; 其中a是變量澈驼，3是字面量。
符號引用：在java中筛武，一個java類將會編譯成一個class文件缝其。在編譯時，java類并不知道引用類的實際內(nèi)存地址徘六，因此只能使用符號引用來(還不知道類的具體地址内边，使用能找到該類的一個類全限定名表示)代替。比如org.simple.People類引用org.simple.Tool類待锈，在編譯時People類并不知道Tool類的實際內(nèi)存地址漠其，因此只能使用符號org.simple.Tool(假設(shè))來表示Tool類的地址。而在類裝載器裝載People類時，此時可以通過虛擬機(jī)獲取Tool類 的實際內(nèi)存地址辉懒，因此便可以既將符號org.simple.Tool替換為Tool類的實際內(nèi)存地址阳惹，即直接引用地址。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定眶俩，當(dāng)常量池?zé)o法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常快鱼。
7.直接（堆外）內(nèi)存
????直接內(nèi)存并不是虛擬機(jī)運行數(shù)據(jù)去的一部分颠印，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但是這部分內(nèi)存也被頻繁的使用抹竹，也會導(dǎo)致OutOfMemoryError異常线罕。
????在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式窃判，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存钞楼，然后通過一個存儲在Java堆里面的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能袄琳，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)询件。——java堆外內(nèi)存詳解
三唆樊、對象訪問定位
????目前主流的訪問對象的方式是使用句柄和直接指針宛琅，2中方式如下圖所示。對于Sun HotSpot虛擬機(jī)來說逗旁，使用的直接指針訪問對象嘿辟。
????2中使用方式比較：
| 方式 | 優(yōu)勢 |
|---|---|
| 句柄訪問 | reference中存儲的是句柄的地址，在對象移動(如垃圾回收時移動對象)時只會改變句柄中實例數(shù)據(jù)的指針片效，而不會改變reference的值 |
| 直接指針訪問 | 訪問速度快红伦，節(jié)省了一次指針定位的時間開銷 |
四、對象創(chuàng)建
????總結(jié)起來淀衣，創(chuàng)建對象分如下幾步：
1昙读、類加載檢查。檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的嚶嚶舌缤，并且檢查這個富豪引用的類是否已經(jīng)加載箕戳、解析、初始化国撵，如果沒有陵吸，則首先執(zhí)行類加載；
2介牙、分配內(nèi)存壮虫。類加載完成后，類所需空間大小已確定。如果Java堆的內(nèi)存是絕對規(guī)整的囚似，則使用“指針碰撞”的方式進(jìn)行分配剩拢；如果不是規(guī)整的，則是通過“空閑列表”來進(jìn)行內(nèi)存分配饶唤。
