Java内存管理机制

一：运行时的数据区域                                                          

Java虚拟机在执行java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动和存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

 

 

 

1.1：程序计数器：

 

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间,它可以看做是当前程序执行的字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方法来实现的，在任何一个确定的时间，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。所以为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响。

1．2：Java虚拟机栈

Java虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模式：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、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

1.3：本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用是非常相似的，他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为了虚拟机使用到Native方法服务。

1.4：Java堆

对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。次内存区域的唯一目的就是存放对象实类，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。但随着JIT编译器的发展，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不那么绝对了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称作“GC堆”（Garbage Collection Heap）。从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代。从内存分配的角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区，其实这样主要是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

1.5：方法区

方法区，其实又可以叫做静态区。与Java堆一样，是各个线程所共享的内存区域，它用于存储已近被虚拟机加载的信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

1.6：运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

因为是方法区的一部分，所以受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存是会抛出OutOfMemoryError异常。

1.7：直接内存

其实直接内存并不属于虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机内存区域，但这部分内存也在被频繁的使用，而且当内存不足的时候，也会抛出OutOfMemoryError异常。NIO类，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然而通过一个存储在Java中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是作为内存，还是会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。

 

二：HotSpot虚拟机对象

2.1：对象的 创建

Java是一门面向对象的编程语言，在Java程序运行过程中无时无刻都在创建对象。相比大家都知道，当用到关键字new时候，即实例化一个对象。当虚拟机遇到一条new指令的时候，首先会去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析、和初始化过。如果没用，那必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后，接下来虚拟机讲为新生对象分配内存，即从java堆中划分一个确定大小的出来。在内存分配完后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值。接下来。虚拟机要对对象进行必要的设置。在这些工作完成后，从虚拟机来看，一个新的对象已近生成，但从java程序视角来看，对象创建才刚刚开始----方法还没有执行，所有字段都还为零。所以，一般来说，执行new指令之后，会接着执行init方法，这样一个真正的对象才算生成。

2.2：对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头，实例数据和对齐填充。

2.3：对象的访问位置：

建立对象是为了使用对象，Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象的访问方式也是取决于虚拟机实现而定。目前主流的访问方式使用句柄和直接指针两种。

句柄：Java堆中会划出一块内存作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。

 

直接指针：如果使用这种方式的话，那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的就是对象的地址。

 

两种对象访问各有优势。

 

 注：本文章参考《深入理解Java虚拟机》