JVM 学习整理（1）-- java内存区域，对象的创建

爱被打了一巴掌 2022-05-27 13:21 118阅读 0赞

# java内存区域 #

Java 虚拟机所管理的内存将会包括下几个运行时数据区域：

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1.  程序计数器

一块较小的内存空间，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，分支、循环、跳转、异常处理、线程回复等基础工作都需要依赖这个计数器完成。

2. Java虚拟机栈

生命周期与线程相同。其中描述的是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栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出入等信息。

局部变量表存放编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用。 其中64位长度的double和long类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的占用一个。

Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：如果线程请求的栈的深度大于虚拟机运行的深度，将跑出StackOverFlowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

###  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。区别为，虚拟机栈执行Java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范对它没有强制规定，有些虚拟机将本地方法栈、Java虚拟机栈合二为一。抛出异常与Java虚拟机栈一样。

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###  4. Java堆 ###

Java堆是Java虚拟机管理内存最大的一块。是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此区域的唯一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堆也是垃圾收集器管理的主要区域，很多时候称为GC堆。Java堆可以细分为：新生代和老年代。

### 5. 方法区 ###

方法区也是被所有线程共享的一块内存区域，它被用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

#### 6. 运行时常量池 ####

运行时常量池是方法区的一部分。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存放。

### 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。但是这部分内存被频繁地使用。而却也可能导致OutIfMemoryError异常出现。

JDK1.4引入NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

# 对象的创建 #

虚拟机遇到一条new指令时，首先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类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有，就必须先执行对应的类加载过程。检查完后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，分配空间就是将一块确认大小的内存从Java堆中划分出来。

假如Java堆中的内存是绝对规整的，所有用过的内存在一边，没有使用过的在另一边，中间放一个指针作为分界点的指示器，分配内存只需要移动指针，这种分配方式叫“指针碰撞”。假如Java堆中的内存不是规整的，虚拟机必须维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，分配的时候从列表找一块足够大的空间划分给对象，并更新列表记录，这种分配方式叫“空闲列表”。

还有一个问题是，并发情况下创建对象会频繁修改指针位置，线程不安全。解决这个问题有两种方案：一种是对分配内存空间的动作进行同步处理。另一种是把内存的分配动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB）。那个线程需要分配内存，就在哪个线程的TLAb上分配，只有TLAB用完分配新的TLAB时才需要同步锁定。

接下来，虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象时哪一个类的实例、如何才能找到类的元数据信息。

### 1. 对象的内存布局 ###

虚拟中，对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头、实例数据和对齐填充。

对象头包括两部分信息，第一部分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、偏向线程ID、偏向时间戳等。这部分数据长度在32位和64位虚拟机中分别为32bit和64bit，官方称为“Mark Word”。

Mark Word设计为一个非固定的数据结构，以便在极小的空间内存存储尽量多的信息，它会根据对象的状态服用自己的存储空间。

对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。假如，对象是一个数组，那么对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据。因为虚拟机可以通过普通java对象的元数据信息确定java对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是代码中定义的各种类型的字段内容。从父类继承、在子类定义都需要记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。

第三部分的对齐填充并不是必然存在，也没有特殊含义，它仅仅起着占位符的作用。

### 2. 对象的访问定位 ###

目前主流的访问方式主要是句柄和直接指针两种。

句柄访问，Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，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。

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直接指针访问，Java堆对象的布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象的地址。

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