《深入理解java虚拟机》学习笔记二：自动内存管理机制

《深入理解java虚拟机》学习笔记一：你好java，交个朋友呗！点击打开链接

楼主使用的教材是周志明著的第二版《深入理解java虚拟机》，如果觉得笔记写的不错，想更好的学习，建议和楼主使用的书籍一样。周志明写的《深入理解java虚拟机》被认为java程序员必读书籍，jvm书籍NO.1。一般这类书籍至少读三遍，有时间，可以反复读，每一遍都会有不同的收获。

笔记二：对应原书的第二部分、第2章：Java内存区域与内存溢出异常

2.1 概述

对于java程序员来说，因为虚拟机自动内存管理机制的存在，不需要为每一个new操作去写配对的的delete/free代码，一般不会存在内存泄漏和内存溢出的问题，这是优点。但是，一切并没有想象的那么美好，正因为java程序员把内存控制的权利过度的交给java虚拟机，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，排查错误将会很难，必须熟知虚拟机是怎样使用内存的。

2.2 运行时数据区域

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而存在，而有的区域则依赖用户线程的启动而建立，线程的结束而销毁。

java虚拟机运行时数据区

2.2.1 程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

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式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器都只会执行一条线程中的指令，为了线程可以切换后可以正常的恢复到执行位置，每个线程都会有独立的程序计数器，而且各个程序计数器之间独立存储，互不影响，称这类内存区域为“线程私有”的内存。

如果线程正在执行的是一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器则为空，此内存区域是唯一一个在java虚拟机棍法中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.2.2 java虚拟机栈

与程序计数器相同，java 虚拟机栈也是线程私有的，生命周期也和线程相同。虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个帧栈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中入栈到出栈的过程。

在java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：

（1）线程请求的栈深度大雨虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；

（2）如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

2.2.3 本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，区别在于：虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StacjOverflowError和OutOfMemoryError异常。

2.2.4 java堆

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，在虚拟机启动时自动创建，该区域唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候被称为"GC堆"。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，因此java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致点还会有：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

2.2.5 方法区

方法区和java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

2.2.6 运行时常量池

这部分是方法区的一部分。Class文件中除了有相关的版本、方法、字段、接口等描述信息外，还有一项就是常量池，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。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性。

2.2.7 直接内存

直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)类，引入了一种基于通道与缓冲区（buffer）的I/O方式，可以使用Native直接分配堆外内存，然后通过一个内存在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。