為了加深對Java語言的理解暖哨，加深對Java虛擬機(jī)工作機(jī)制、底層特性的了解和掌握凰狞，準(zhǔn)備在閑暇時間篇裁，抽空對《深入理解Java虛擬機(jī) JVM高級特性與最佳實踐》一書進(jìn)行學(xué)習(xí)。本文是學(xué)習(xí)此書第2章時的總結(jié)與筆記赡若，加入了一些自己的理解达布，也希望能幫助到需要的人。

1 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域：

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1.1 程序計數(shù)器：

• 一塊較小的內(nèi)存空間（線程私有的內(nèi)存）逾冬，當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器黍聂。字節(jié)碼解釋器通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令：分支、循環(huán)身腻、跳轉(zhuǎn)等产还。
• 每條線程都有一個獨(dú)立的程序計數(shù)器（在一個時刻，一個處理器只會執(zhí)行一條線程的指令）嘀趟。
• 唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有任何OutOfMemoryError的區(qū)域

1.2 虛擬機(jī)棧：

• 線程私有的脐区，每個（java）方法（也就是字節(jié)碼）在執(zhí)行的時候會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧她按、動態(tài)鏈接牛隅、方法出口等信息炕柔。方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程，就是棧幀在棧中入棧到出棧的過程倔叼。
• 局部變量表存放編譯期可知的基本數(shù)據(jù)類型汗唱、對象引用宫莱、returnAddress類型丈攒。所需的內(nèi)存空間會在編譯期完成分配，進(jìn)入一個方法時在幀中的局部變量空間是完全確定的授霸，不會運(yùn)行時改變巡验。
• 線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)允許的深度，拋出SatckOverFlowError異常碘耳；虛擬機(jī)動態(tài)擴(kuò)展時显设，無法申請到足夠的內(nèi)存，拋出OutOfMemoryError異常辛辨。

1.3 本地方法棧：

• 為虛擬機(jī)中使用到的Native方法服務(wù)捕捂，對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式斗搞、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有強(qiáng)制規(guī)定指攒，虛擬機(jī)可自由實現(xiàn)。
• 占用的內(nèi)存區(qū)大小也不是固定的僻焚，可以根據(jù)需要動態(tài)的擴(kuò)展或收縮允悦。

1.4 Java堆：

• Java堆是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域虑啤，在虛擬機(jī)啟動時就創(chuàng)建
• 存放對象實例隙弛，幾乎所有的對象實例都在堆上分配。也是垃圾收集器管理的主要區(qū)域狞山。

1.5 方法區(qū)：

• 方法區(qū)也是被所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域全闷。
• 用于存儲類信息、常量萍启、靜態(tài)變量室埋、即時編譯器編譯后的代碼數(shù)據(jù)。
• 無法滿足內(nèi)存分配需求時伊约，拋出OutOfMemoryError姚淆。

1.6 運(yùn)行時常量池：

• 是方法區(qū)的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號引用屡律。在類加載后才進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時常量池
• 特征是具備動態(tài)性腌逢，在運(yùn)行時產(chǎn)生的常量被放入運(yùn)行時常量池。包括：基本類型包裝類（不管理浮點型：float和double超埋，整形只管理-128 - 127）和String
• 常量池的好處：避免頻繁的創(chuàng)建和銷毀對象而影響系統(tǒng)性能搏讶，其實現(xiàn)了對象的共享佳鳖；常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一個內(nèi)存空間媒惕。
• Java中基本類型的包裝類都實現(xiàn)了常量池技術(shù)系吩，即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean。

String str1 = "abcd";
String str2 = new String("abcd");
System.out.println(str1==str2);//false

String str1 = "str";
String str2 = "ing";
String str3 = "str" + "ing";
String str4 = str1 + str2;
System.out.println("string" == "str" + "ing");// true
System.out.println(str3 == str4);//false

String str5 = "string";
System.out.println(str3 == str5);//true

//連接表達(dá)式 +妒蔚，只有使用“引號包含文本”的方式創(chuàng)建的String對象之間使用“+”連接產(chǎn)生的新對象才會被加入常量池中.
//對于字符串變量的“+”連接表達(dá)式穿挨，它所產(chǎn)生的新對象都不會被加入字符串池中，其屬于在運(yùn)行時創(chuàng)建的字符串肴盏，具有獨(dú)立的內(nèi)存地址,所以不引用自同一String對象科盛。

2 虛擬機(jī)對象

2.1 對象的創(chuàng)建

• 虛擬機(jī)接收到new指令時，檢查這個指令能否在常量池中定位到一個類的符號引用菜皂，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載贞绵、解析和初始化。如果都沒有恍飘，先執(zhí)行類加載過程榨崩。
• 在類加載通過后，虛擬機(jī)為新對象分配內(nèi)存（把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來）章母，內(nèi)存大小在類加載完成后即可完全確定母蛛。
• 兩種分配方式：
  (1)：指針碰撞：假設(shè)Java堆中內(nèi)存是絕對規(guī)整的，即使用過的內(nèi)存在一邊胳施，空閑的內(nèi)存在另外一邊溯祸，中間放著一個指針作為指示器，通過移動指針實現(xiàn)內(nèi)存分配舞肆。
  (2)：空閑列表：如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的焦辅，即已使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個列表椿胯，記錄哪些內(nèi)存塊是可用的筷登，通過從列表中尋找空間劃分給對象實例來分配內(nèi)存。
• Java堆是否規(guī)整由所采用的垃圾收集器是否有壓縮整理功能決定哩盲。
• 在虛擬機(jī)中創(chuàng)建對象不是線程安全的行為前方，可能出現(xiàn)在給對象A分配內(nèi)存，指針還沒來得及修改廉油，對象B又使用了原來的指針來分配內(nèi)存惠险。有兩種解決方案：
  (1)：對分配內(nèi)存空間的動作進(jìn)行同步處理，實際上虛擬機(jī)采用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性抒线；
  (2)：把內(nèi)存分配的動作按照線程劃分在不同的空間中進(jìn)行班巩，即每個線程在Java堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，稱為本地線程分配緩沖(Thread Loal Allocation Buffer,TLAB)嘶炭。
• 內(nèi)存分配完成后抱慌，需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值逊桦，保證對象的實例字段在Java代碼中可以不賦初始值就可以直接使用，程序能訪問到這些字段的數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的零值抑进。
• 設(shè)置對象强经，把對象是哪個類的實例，如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息寺渗，對象的哈希碼匿情，對象的GC分代年齡等存放在對象頭中。

2.2 對象的內(nèi)存布局：

• 對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊：對象頭（Header）户秤、實例數(shù)據(jù)（Instance Data）码秉、對齊填充（Padding）逮矛。
• 對象頭鸡号，包括兩部分信息：
  (1)：存儲對象自身的運(yùn)行時數(shù)據(jù)，如哈希碼须鼎、GC分代年齡鲸伴、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖晋控、偏向線程ID汞窗、偏向時間戳等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機(jī)中分別為32bit和64bit赡译，官方稱為Mark Word（非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)仲吏，根據(jù)對象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲空間）。
  
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  (2)：類型指針蝌焚，即指向?qū)ο蟮念愒獢?shù)據(jù)的指針裹唆，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。
• 實例數(shù)據(jù)：對象真正存儲的有效信息只洒，即程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容许帐。無論是從父類繼承下來的，還是子類自己定義的毕谴，都需要記錄成畦。
• 對齊填充：不是必然存在，起著占位符的作用涝开，由于HotSpot VM要求對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍循帐，而對象頭部分正好是8字節(jié)的整數(shù)倍请契，因此當(dāng)實例數(shù)據(jù)沒有對齊時瑰钮，通過對齊填充來補(bǔ)全。

2.3 對象的訪問定位：

• Java通過棧上的reference數(shù)據(jù)（局部變量表中的對象引用）來操作堆上的具體對象爽哎，reference只規(guī)定了指向?qū)ο蟮囊棉忍辏瑳]有定義怎么去定位衷旅，訪問堆中的對象的位置捐腿。對象訪問方式由迅疾實現(xiàn)。
  (1)：句柄訪問：Java堆會劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池柿顶，reference存儲的就是對象的句柄地址茄袖，句柄包含了對象實例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)各自的地址信息。
  
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  優(yōu)勢：reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址嘁锯，對象移動時只改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針宪祥，不改變reference。
  (2)：直接指針：reference中存儲的直接就是對象地址家乘，Java堆中放置訪問對象類型數(shù)據(jù)（存放在方法區(qū)）的地址蝗羊。
  
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  優(yōu)勢：速度更快，節(jié)省了一次指針定位的時間開銷仁锯，HotSpot是使用直接指針訪問耀找。

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JVM學(xué)習(xí)之—Java內(nèi)存區(qū)域
JVM學(xué)習(xí)之—垃圾回收與內(nèi)存分配策略
專題整理之—不可變對象與String的不可變
專題整理之—String的字符串常量池