深入理解Java虚拟机 ch2 Java内存区域与内存溢出异常 读书笔记

part2 自动内存管理机制

   本书的第一部分主要是介绍部分，正文主要从本部分开始。本部分的核心内容如标题所示：自动内存管理机制。引用一段作者的话：

Java与C++之间有一堵由动态内存分配和垃圾护手技术所围成的“高墙”，墙外面的人想出去，墙里面的人却想出来。

  Java与C++最直观的区别就是：Java的内存是自动分配和回收的。一方面，这为内存管理提供了极大的便利性，不要像C++那样对每一片内存都悉心呵护；另一方面，要是coder对JVM一无所知的话，编程时的灵活性就大大降低，当系统出现性能问题和故障时，就会一无所措，在设计方案时也往往无法具体问题具体分析。而本部分的目的就是讲述Java自动内存管理机制，通过增加对JVM内存管理的了解，从而对性能优化和故障处理等问题做到有的放矢。这样，让JVM做个贴心的大总管，管理所有的细节——内存分配和回收，自己只要负责控制大局——指定各区内存大小，指定垃圾回收器，制定服务器架构方案等即可。

  本部分由四个章节构成，其中第二章和第三章是重中之重。第四章讲了JDK工具集：只要注意其中两个可视化工具即可，之前的7个命令行工具已经集成在可视化工具中，这两个工具可以在jdk的bin文件夹下找到。第五章讲述了几个调优案例的分析和作者本人对自己的Eclipse进行运行调优的过程。本人将对第二章和第三章进行整理，本篇博文主要关注第二章。

ch2 Java内存区域与内存溢出异常

   本章主要涉及三个话题：一是JVM运行时内存分区，二是HotSpot JVM在Java堆中进行对象创建、布局和访问全过程，三是内存溢出异常测试。

一 JVM运行时内存分区

   JVM运行时内存分区主要分五块两种：一种是线程私有的，一种是各线程间共享的。

  线程私有的内存分为三种：程序计数器，本地方法栈和Java虚拟机栈。

  程序计数器标志当前线程所执行的字节码程序的执行位置，用以保证程序按顺序执行。需要注意的是：程序计数器只在Java方法中起作用，执行本地方法时计数器值为空。本内存区不会抛出异常。

  Java虚拟机栈是帧栈入栈和出栈的场所。栈帧是每个方法在执行时创建的用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出入等信息的。本内存区域可能抛出StackOverFlow异常和OutOfMemory异常。

  本地方法栈与Java虚拟机栈除了服务对象外，完全一致：Java虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为Native方法服务。

  各线程共享的内存分为两种：Java堆和方法区。

  Java堆是JVM管理的内存中最大的一块，被所有线程共享，在VM启动时创建。此区域只用于存放对象实例，且几乎所有的对象实例都存放于此(除了涉及JIT和逃逸分离技术，不懂。。)。Java堆是垃圾管理器管理的主要区域(还有就是下述的方法区)，也被称为GC堆。Java堆本身也分很多区：包括新生代的Eden区和Survivor区，老年代，分配缓冲区等。Java堆可能抛出OutOfMemory异常。

  方法区用以存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量和JIT编译后的代码等数据。HosSpot中以永久代的方式设计方法区。该区域内存回收的目标主要是对常量池的回收和对类型的卸装。本区域会抛出OutOfMemory异常。

  最后讲下直接内存，也叫堆外内存。由名字可知，该内存与JVM无关。需要注意的是，直接内存也受总内存大小影响，在设计JVM内存的时候不要忘记直接内存的存在，否则可能会引起OutOfMemory异常。JDK中提供了DirectBuffe类，其对象在直接内存中存放。

二 HotSpot JVM在Java堆中进行对象创建、布局和访问

对象创建

  从虚拟机的角度看，当遇到new指令到对象创建完成需要经过四步：

• 检查参数能否在常量池中定位，并检查对应的类是否被加载、解析和初始化；
• 在类加载后，对新生对象分配内存。分配内存有指针碰撞法和空闲列表法；
• 将分配到的内存空间都初始化为零值；
• 对对象进行必要的设置。

  此时，从VM的角度看，对象已经创建完毕；但从Java程序的角度看，对象创建刚开始。

对象内存布局

   HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局主要是对象头和实例数据，还有就是用于对齐填充的部分。

  对象头包括两部分信息：第一部分用以存储对象自身的运行时数据，其长度与VM位数相同。第二部分为类型指针，用以指向对象的类元数据，虚拟机通过该指针来确定该对象对应的类。此外，若对象是一个Java数组，对象头中还需要有一块记录数组长度的数据。

  实例数据是对象真正存储的有效数据，其存储顺序与字段在类中的定义顺序有关。另外，为了优化，可能会将较窄的数据插入到前面的空隙中，减少对齐填充。

对象访问定位

   Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。该引用定位访问堆中对象位置的方式由JVM自定，主要有句柄访问和直接指针两种方法。其中，HotSpot中采用直接指针法。这部分具体内容可以看书，书上图文并茂，讲的很好。

三 内存溢出异常测试

  这里需要说明的是，关于内存溢出异常分为OutOfMemory异常和StackOverflow异常。只有虚拟机栈和本地方法栈会产生StackOverflow异常；Java堆，方法区，虚拟机栈，本地方法栈和直接内存可能会产生OutOfMemory异常；程序计数区不会产生内存异常。

  可以根据以上说明自己设计异常测试或使用书中示例。