深入理解jvm虚拟机笔记

Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

程序计数器

• 概念: 程序计数器是一块较小的内存空间,可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,它是程序控制流的指示器,分支,循环,跳转,异常处理,线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成
• 程序计数器是唯一一个没有任何OutOfMemory的区域

Java虚拟机栈

• 概念: 虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型:每个方法被执行的时候,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表,操作数栈,动态连接,方法出口等信息.每一个方法被调用直至执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程
• 局部变量表: 存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型(八种),对象引用,returnAddress类型(指向一条字节码指令的地址)
• 对象引用:不等同于对象本身,可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能是一个指向一个代表对象句柄或者其他于此对象相关的位置
• 局部变量表中的基本数据类型以局部变量槽(Slot)表示,其中64位长度的long和double数据会占用两个变量槽,其余类型占用一个

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,其区别只是虚拟机栈为java方法服务,本地方法栈为本地方法服务

Java堆

• 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,此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有对象实例都在这里分配内存
• 根据《Java虚拟机规范》中规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,但在逻辑上它应该被视为连续的,但对于大对象(如数组),多数虚拟机实现处于实现简单,存储高效的考虑,很可能会要求连续的内存空间

方法区

• 方法区也是线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类型信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码缓存等数据

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表,用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中

HotSpot虚拟机对象探秘

对象的创建

-创建对象的几种方式: new 复制 反序列化 反射

1. 当虚拟机遇到一条字节码new指令时,首先检查指令参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,检查这个符号引用代表的类是否已被加载 解析 和初始化过,如果没有先执行类加载过程
2. 类加载检查通过后,虚拟机将为新生对象分配内存,对象所需的内存大小在类加载完成后便可完全确定
3. 对象分配空间任务
   • 将一块确定大小的内存块从Java堆中划分出来,假设Java对中内存是绝对规整的,所有被使用过的内存放在一边,空闲的内存放在另一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器
   • 分配内存就仅仅是把指针向空闲方向挪动一段与对象大小相等的距离,这种分配方式称为"指针碰撞"
   • 如果Java堆中内存并不是规整的,已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起,没有办法进行指针碰撞
   • 虚拟机就必须维护一个列表,记录哪些内存块是可用的,在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式称为"空闲列表"
   • Java堆是否规整又所才用的垃圾收集器是否带有空间压缩整理的能力决定

对象的内存布局

对象在堆内存中存储可以划分为三部分: 对象头,实例数据和对齐填充

• 对象头包括两类信息:第一类是用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码,GC分代年龄,锁状态标志,线程持有的锁,偏向锁ID,偏向时间戳等,这一部分官方称为"MarkWord"; 另一部分是类型指针,指向它的元数据的指针,Java虚拟机通过这个指针来确定对象是哪个类的实例 ; 如果对象是一个Java数组,那么还需要记录数组对象的长度
• 实例数据: 对象真正存储的有效信息,即程序代码中所定义的各种类型的字段内容,无论是从父类继承还是在子类中定义的字段都必须记录起来
• 对齐填充: 此部分并不是必然存在的,也没有任何特别的含义,仅仅起着占位符的作用.在Hotspot虚拟机中,要求对象起始地址必须是8字节的整数倍,如果对象实例部分数据没有对齐,则需要通过对齐填充来补全

对象的访问定位

由于reference类型在《Java虚拟机规范》里只规定了它是一个指向对象的引用,并没有定义这个引用应该通过什么方式去定位,访问到堆中对象的具体位置,所以目前有两种的主流访问方式 :句柄和直接指针

• 句柄: 使用句柄访问,在Java堆中则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,而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自具体的地址信息(Hotspot主要采用直接指针,如果采用shenandoah收集器会有一次额外转发)
• 直接指针: 如果使用直接指针,Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息,reference中存储的直接就是对象地址,如果只是访问对象本身的话,不需要多一次间接访问的开销
• 优点:
  • 使用句柄访问优势在于reference中存储的是稳定句柄地址,在对象被移动时,只会改变句柄中的实例数据指针,而reference本身不需要被修改
  • 直接指针速度更快,节省了一次指针定位的时间开销