《深入理解Java虚拟机》读书笔记（一）Java内存区域与内存溢出异常

在原先的理解上，对于java虚拟机的内存区域的主要了解分为三部分，分别是栈（Stack），堆（Heap），方法区（Method Area）。因为没有细致的了解过，所以只知道一些粗略并且不一定准确的概念。但是《深入理解Java虚拟机》这本书给了我更深以及更准确的认识。

1.程序计数器

程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈是JVM内存区域中的三个线程隔离区域，即每个线程独立拥有内存空间。程序计数器的内存空间很小，我的理解是它只会储存当前线程运行的行号。当CPU切换至当前线程时根据程序计数器记录的行号继续执行程序，并在CPU切换到其他线程时记录当前运行至的行号，以便CPU下次切换过来的时候可以运行。并且像for循环这样的功能也依赖于程序计数器切换行号来实现。要注意的是，如果运行的是本地方法，程序计数器的值为空（Undefined）。这个区域是唯一没有OOM问题的区域。

2.Java虚拟机栈

虚拟机栈跟后面会提到的堆应该是我们平时听到的最多的两个内存区域了。虚拟机栈也是一个线程私有的内存空间，当有方法被执行时，虚拟机中会创建一个栈桢（Stack Frame），方法中的局部变量会被存在这个栈桢中。其中，如果是基本变量类型，会直接存储变量的值，如果是引用类型，会存储引用的地址（有可能是对象起始位置的地址，也可能是句柄的地址）使用直接地址的优势在于运行的速度快，省去了使用句柄的中间一次查找的消耗。而使用句柄的优势在于在对象被移动时，只需要改变句柄中指向对象的指针，而不需要改变栈中reference中的指针。在进入一个方法时，这个方法需要栈桢分配多大的局部变量空间是确定了的。在这个内存区域，一共会有两种异常。首先，当线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度时，会抛出StackOverFlowError异常，如果Java虚拟机栈的容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存时，会抛出OOM异常。

3.本地方法栈

在调用本地方法时，会用到本地方法栈。其中，与Java虚拟机栈一样，在栈深度不足时会抛出StackOverFlowError异常，当动态扩展无法申请到更多内存时，会抛出OOM异常。

4.Java堆

堆内存时Java虚拟机中最大的一个内存空间，几乎所有的对象实例都在这里储存。堆中的内存分配一般使用两种方法。第一种是所有对象存储的空间都是连续的，有一个指针指向存放数据的位置和没有存放位置的交接点。当有新的对象实例需要进行储存时，将指针移动对象所占用的内存大小的位置即可。这种分配方式叫做“指针碰撞”（Bump The Pointer）。当内存空间不是连续的情况下，Java虚拟机会维护一个列表，上面记录了可用的内存信息，在分配的时候在列表上找一块足够大的空间分配给需要被储存的实例对象并更新列表。这种储存方式叫做“空闲列表”（Free List）。但是由于对象的创建在虚拟机中是一个非常常见的行为，所以说在并发的情况下并不线程安全。所以就用到了本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer， TLAB）这个方法。开辟一个很小的线程私有的空间，哪个线程要分配内存，就在哪个线程的本地缓冲区进行存储。

对象在堆内存的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header), 实例数据（Instance Data）， 填充（Padding）。首先是对象头，它包含两部分，Mark Word和类型指针。Mark Word主要用于存储对象自身运行时的数据。分贝时HashCode，GC分代年龄，锁状态标志，线程持有的所等。第二部分是指向它的类型元数据的指针，Java 虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。此外，如果一个对线是数组，对象头中还必须有一块记录数组长度的数据。实例数据及对象中所包含的数据，无论是从父类中继承的还是子类中独有的，都在此处存储。填充部分没有实际意义，仅仅是占位符。

当堆中没有内存用来分配时，就会抛出OOM异常。

5.方法区

在方法区中主要存储的是类的信息以及静态的数据。在JDK8以前还是通过永久代来实现方法区，但是在JDK8以后，HotSpot使用了元空间来实现方法区。