剛工作的時候岁疼，Leader跟我說：你現(xiàn)在只知道寫業(yè)務(wù)代碼阔涉，但不了解自己的JVM運行情況，怎么去調(diào)優(yōu)，怎么去排查故障瑰排。只有真正了解掌控JVM贯要，才能稱為一個真正的Java專家⊥肿。《深入理解Java虛擬機(jī)》這本書崇渗，是介紹JVM知識的一本十分難得的書，值得去反復(fù)閱讀京郑、揣摩宅广、反思。這個系列的文章傻挂，是我在閱讀這本書的過程中的點滴筆記乘碑，如果喜歡，請更多支持原書作者出版的圖書金拒。同時兽肤，如果喜歡本文，請給與多多支持绪抛。
1.概述
對于C资铡、C++開發(fā)人員來說，在內(nèi)存管理方面幢码，擁有對每個對象的絕對控制能力笤休，從對象的產(chǎn)生到終結(jié)，承擔(dān)著全部責(zé)任症副。
對于Java開發(fā)人員來說店雅，在虛擬機(jī)的幫助下，不需要為每個對象去寫刪除釋放方法贞铣，不容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露和內(nèi)存溢出的問題闹啦。不過，正是由于太過依賴于JVM辕坝，一旦出現(xiàn)內(nèi)存泄露和內(nèi)存溢出的問題窍奋，排查錯誤將會是一件很難的工作。
2.運行時數(shù)據(jù)區(qū)域
Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會把它管理的內(nèi)存劃為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域酱畅。
2.1 程序計數(shù)器
程序計數(shù)器：一塊較小的內(nèi)存空間琳袄，可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器纺酸。
在JVM的概念模型中窖逗，字節(jié)碼解釋器工作時，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)碼指令餐蔬，分支碎紊、循環(huán)在张、跳轉(zhuǎn)、異常處理矮慕、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成帮匾。
如果線程正在執(zhí)行的是一個Java方法，計數(shù)器記錄的值是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址痴鳄；如果正在執(zhí)行的是一個Native方法瘟斜，計數(shù)器記錄的值為空。
Tip： 此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemeoryError情況的區(qū)域痪寻。
2.2 Java虛擬機(jī)棧
Java虛擬機(jī)棧：每個Java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螺句、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接橡类、方法出口等信息蛇尚。每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程顾画。
經(jīng)常有人把Java內(nèi)存區(qū)分為堆內(nèi)存（Heap）和棧內(nèi)存（Stack）取劫，這種分法比較粗糙。實際上研侣，“椘仔埃”實際就是虛擬機(jī)棧，或者說虛擬機(jī)棧中的局部變量表部分庶诡。
局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean惦银、byte、char末誓、short扯俱、int、float喇澡、long迅栅、double）、對象引用（一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樍糜模蛞粋€代表對象的句柄或其他與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向一條字節(jié)碼指令的地址）库继。
Tip:在Java虛擬機(jī)規(guī)范中箩艺，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：
如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)允許的深度窜醉，則拋出StackOverflowError異常；
如果虛擬機(jī)椧兆唬可動態(tài)擴(kuò)展榨惰，如果擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存，則拋出OutOfMemoryError異常静汤。
2.3 本地方法棧
本地方法棧：與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似琅催，區(qū)別在于 虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)居凶，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。與虛擬機(jī)棧一樣藤抡，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常侠碧。
2.4 Java堆
Java堆：被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建缠黍。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例弄兜，幾乎所有對象實例都是在這里分配內(nèi)存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域瓷式，因此也成為GC堆替饿。
從內(nèi)存回收角度來看，Java堆可以細(xì)分為：新生代和老年代贸典；再細(xì)致些有Eden空間视卢、From Survivor空間、To Survivor空間等廊驼。
從內(nèi)存分配角度來看据过，線程共享的Java堆可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（TLAB）。
Tip：如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配妒挎，并且堆也無法再擴(kuò)展時蝶俱，將會拋出OutOfMemoryError異常〖⒙可以通過-Xmx和-Xms來控制堆大小榨呆。
2.5 方法區(qū)
方法區(qū)：線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息庸队、常量积蜻、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)彻消。
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竿拆，一般來說，這個區(qū)域的回收成績比較難以令人滿意宾尚。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定丙笋，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將會拋出OutOfMemoryError異常煌贴。
2.6 運行時常量池
運行時常量池：是方法區(qū)的一部分御板。Class文件中除了有類的版本、字段牛郑、方法怠肋、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池淹朋，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用笙各，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運行時常量池中存放钉答。
2.7 直接內(nèi)存
直接內(nèi)存：并不是虛擬機(jī)運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域杈抢。但是這部分內(nèi)存也被頻繁地使用数尿，也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。
在JDK 1.4 中新加入了NIO類惶楼，引入了一種基于通道（Channel）與緩存區(qū)（Buffer）的I/O方式砌创，可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作鲫懒，這樣避免了在Java堆和Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)嫩实。
Tip：若忽略直接內(nèi)存的限制，導(dǎo)致各個內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制窥岩，會導(dǎo)致動態(tài)擴(kuò)展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常甲献。
3.虛擬機(jī)對象探秘
3.1 對象的創(chuàng)建
在語言層面上，創(chuàng)建對象通常僅僅是一個new操作而已颂翼；但是在虛擬機(jī)中晃洒，對象的創(chuàng)建是一個復(fù)雜的過程。
A. 虛擬機(jī)遇到一條new指令時朦乏，首先將去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符號引用球及，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過呻疹。如果沒有吃引，則先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。
B. 在類加載檢查通過后刽锤，接下來虛擬機(jī)將為新生對象分配內(nèi)存镊尺。
在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時并思，系統(tǒng)采用的分配算法是 指針碰撞庐氮；
在使用CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器時，通常采用 空閑列表宋彼。C. 內(nèi)存分配完成后弄砍，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值。
D. 虛擬機(jī)要對對象進(jìn)行必要的設(shè)值输涕，例如這個對象是哪個類的實例音婶、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希碼占贫、對象的GC分代年齡等信息桃熄。這些信息存放在對象的對象頭之中先口。
E. 執(zhí)行new指令之后會接著執(zhí)行<init>方法型奥，把對象按照程序員的意愿進(jìn)行初始化瞳收，這樣一個真正可用的對象才算完全產(chǎn)生出來。
3.2 對象的內(nèi)存布局
在HotSpot虛擬機(jī)中厢汹，對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為3塊區(qū)域：對象頭（Header）螟深、實例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對齊填充（Padding）。
A. 對象頭：包含兩部分信息烫葬，第一部分用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)界弧，如哈希碼、GC分代年齡搭综、鎖狀態(tài)標(biāo)志垢箕、線程持有的鎖、偏移線程ID兑巾、偏向時間戳等条获；另一部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針蒋歌，虛擬機(jī)通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例帅掘。
B. 實例數(shù)據(jù)：對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容堂油。這部分的存儲順序會收到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)和字段在Java源代碼中定義順序的影響修档。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的分配策略為longs/doubles、ints府框、shorts/chars吱窝、bytes/booleans、oops（Ordinary Object Pointers）,相同寬度的字段總是被分配到一起迫靖。
C. 對齊填充：并不是必然存在癣诱。對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，當(dāng)對象實例數(shù)據(jù)部分沒有對齊時袜香，就需要通過對齊填充來補(bǔ)全撕予。
3.3 對象的訪問定位
Java程序需要通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象
目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種：
- A. 若使用句柄訪問，Java堆中將會劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池蜈首，reference中存儲的就是對象的句柄地址实抡，而句柄中包含了對象實例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。
- B. 若使用直接指針訪問欢策，Java堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息吆寨，而reference中存儲的直接就是對象地址。
