《深入理解Java虚拟机》读书笔记（第二章）

JVM运行时数据区域

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程序计数器

每个线程独立，可以看作是当前县城所执行的字节码的行号指示器。

Java虚拟机栈

每个线程独立，生命周期余线程相同。每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口。一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，抛出StackOverflowError。

可动态扩展的虚拟机栈，虽然它是动态扩展，但是并不是可以无穷扩展下去，当达到上限还不满足时，抛出OOM。

本地方法栈

和Java虚拟机栈类似，不过它是用来执行Native方法的。

Java堆

线程共享的区域，在虚拟机启动时创建。此区域的唯一目的就是存放对象实例。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。Java堆可以细分为：新生代和老年代；新生代又可以分为Eden空间，From Survivor空间，To Survivor空间。从线程角度看，每个线程都有一个属于自己的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）。

如果堆中没有多余的内存给实例分配，而且无法扩展，则抛出OOM。

方法区

线程共享的区域。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码。

方法区的垃圾收集比较难以令人满意，特别是类型的写在，条件很苛刻，但是这个区域的垃圾回收是有必要的。

如果方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OOM。

运行时常量池

它是方法区的一部分。用于存放各种字面量和符号引用。

字面量：又叫做直接量，可以理解为基本类型的值和String的值
符号引用：一个类可能使用另外类或者接口的字段或者调用另外一个类的方法，在编译时期，并不知道引用类的地址，或者方法的地址，所以这时候就用一个符号引用来代替。

运行时常量池并不要求常量一定在编译器才能产生，在运行期间也可能将新的常量放入池中。比如String的intern()方法。

当运行时常量池无法再申请到内存，则抛出OOM。

直接内存

直接内存并不是虚拟机的一部分，但是也会被频繁的使用。也可能会导致OOM。
在NIO中有一个叫做DirectByteBuffer的对象，即ByteBuffer.allocateDirector(size)。为了避免从操作系统缓冲区到用户缓冲区复制数据，DirectByteBuffer可以直接操作系统缓冲区，以提高性能。但是它会引起内存泄漏，抛出OOM。

HotSpot虚拟机对象探秘

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对象的创建

1. 虚拟机在遇到一个new指令时，它首先回去运行时常量池中定位这个类的符号引用，并且检查这个符号引用的类有没有被加载、解析、初始化。如果没有，就先加载。如果有，则执行下面的流程
2. 加载检查通过后，就可以为对象分配内存。对象所需内存大小在加载完成后就可以确定了。如果堆中的内存绝对规整，则采取“指针碰撞”的方式；如果内存不规整，则采取“空闲列表”的方式。Java堆是否规整和采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。
3. 分配内存的时候，在并发情况下也并不是线程安全的。解决这个问题有两种方案：一种是分配内存空间的空座进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性；另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个县承载Java堆中预先分配一小块内存，称之为本地县城分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer, TLAB）
4. 内存分配完成后，除对象头外，把内存空间全部初始化为零值。把类的元数据信息，对象的哈希码，对象的GC分代年龄等信息放到对象头之中。
5. 其实以上操作对象已经产生了，这时所有的字段都还算零。从Java程序来看还需要执行方法，按照程序员的意愿给对象初始化。

对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中的布局分为三块区域：对象头、实例数据、对齐填充。

• 对象头有两部分信息：

1. 存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标注、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
2. 类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。
3. 另外，如果对象是一个数组，对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据。

• 实例数据
  实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是父类集成下来的，还是在子类中定义的，都需要记录下来。
• 对齐填充
  对齐填充并不是必然存在的，也没啥重要的意义，主要是为了做占位符的作用。对象的大小必须是8字节的整数倍，而对象头正好是8自己的整数倍，所以当实例数据没有对齐时，就需要对齐填充补全。

对象的访问定位

我们通过栈上的reference数据来操作怼伤的具体对象。

对象的的访问方式取决于虚拟机的实现而定，主流访问方式有两种：句柄和直接指针。

• 句柄访问：句柄可以理解为存放地址的中介。Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，句柄中包含了对象的实例数据与类型数据各自的具体地址信息。
• 直接指针访问：reference中存储的就是对象的地址。

二者的优劣势

• 句柄访问的优势：如果对象被移动（垃圾收集时，对象移动是非常普遍的行为），只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改。
• 直接指针访问的优势：速度快，节省了一次指针定位的开销。

OutOfMemoryError异常

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Java堆溢出

只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可大路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量打到最大堆的熔炼限制后就会产生内存一处异常。

虚拟机栈和本地方法栈溢出

• 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError。
• 如果虚拟机在扩展时无法申请到足够的内存空间，则熬出OutOfMemoryError。

方法区和运行时常量池溢出

• JDK1.6及之前的版本中，由于常量池被分配在永久代内，大量创建无法垃圾会收的String，并且调用intern()方法，会导致OutOfMemoryError。但是1.7以后，由于常量池移动到了堆中，所以这里会报出堆OutOfMemoryError。
• 方法区用于存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。如果运行时通过动态代理（如CGLib）产生大量的类去填满方法区，直到溢出，也会报出OutOfMemoryError。

本机直接内存溢出

NIO中使用DirectByteBuffer分配内存如果没控制好，会导致OutOfMemoryError。