JVM学习笔记(一)

前言：曾经看过一本很好的关于介绍Java虚拟机的书，好像叫《深入Java虚拟机(第二版)》的电子版，但不慎遗失了，实在可惜。有时间再到网上找找，看还有没有下载的。

一、关于运行时数据区域：

1.Java虚拟机所管理的内存将包括以下的几个运行时数据区域：

程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆、方法区、运行时常量池、直接内存。

（1）程序计数器：

当前线程所执行的字节码的行号指示器。解释器工作时通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

Java多线程是通过线程轮流切换并分配处理器时间实现的。在一个确定的时间，一个处理器（或核）只会执行一条线程中的指令。为保证线程切换后恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，独立存储互不影响（线程私有内存）。

若线程执行Native方法，这个计数器值为空。

程序计数器所占内存区域是唯一一个JVM规范中没有规定任何OOMError的区域。

（2）Java虚拟机栈：

同样为线程私有，生命周期与线程相同。描述Java方法执行的内存模型。

每个方法被执行都会同时创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。

局部变量表存放编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、和returnAddress（指向字节码指令的地址）。

long、double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余只占用1个，局部变量表所需内存空间在编译期间完成分配，即运行期间方法需要分配多大内存是完全确定的，方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

若线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常。

若虚拟机栈可以动态扩展，当扩展无法申请足够内存时会抛出OOMError。

（3）本地方法栈：

与虚拟机栈作用相似，只是为虚拟机使用到的Native方法服务。

SUN的hotspot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机方法栈合二为一。

也会抛出StackOverFlowError、OOMError异常。

（4）Java堆：

堆是被所有线程共享的一块内存区域，在JVM启动时创建。

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。但随着JIT等等技术的发展，栈上分配、标量替换优化技术导致所有对象都分配在堆上也不是那么绝对了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。由于现代收集器都是采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为新生代和老年代。

从内存分配角度分析，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（但存储的都是对象实例），进一步划分是为了更好的回收内存或分配内存。

堆可以处于物理上不连续但逻辑上连续的内存空间。主流虚拟机都是可扩展堆（-Xmx和-Xms控制）。如果堆中没有完成实例分配，而且堆中也无法扩展时，将会抛出OOMError异常。

（5）方法区：

与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。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。有一个别名叫non-heap(非堆)，目的是与Java堆区分开来。

方法区和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OOMError异常。

（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。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在分类加载后存放到方法区的运行时常量池。

除了保存在Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

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。Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可以将新的常量放入池中。使用的比较多的是：String类的intern()方法。

（7）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地使用，而且也可能导致OOMError异常出现。

Jdk1.4中新加入NIO类，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堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作，这样避免了Java堆和Native堆中来回复制数据。

本机直接内存的分配不会受Java堆大小的限制。但是受本机总内存（RAM、SWAP或分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。如果超出物理上和操作系统的限制，会导致动态扩展出现OOMError异常。

2.对象访问

Object obj = new Object();

Object obj会反映到Java栈中，作为一个reference类型数据出现。

而new Object()语义将会反映到Java堆中，形成一块存储了Object类型所有实例数据值的结构化内存，这块内存长度是不固定的。Java堆中还必须包含能查到此对象类型数据的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。由reference类型在Java虚拟机规范里之规定了一个指向对象的引用，没有定义引用通过哪种方式去定位，以及访问到Java堆中对象的具体位置，主流方式有2中：句柄和直接指针。

句柄方式：Java堆中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

和类型数据各自的具体地址信息。这种方式的好处是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的数据指针，reference本身不需要被修改。

直接指针方式：Java堆对象的布局中必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象地址。

好处是速度更快，节省了一次指针定位的时间开销。Sun HotSpot使用的是直接指针方式，但各种语言与框架使用句柄式也很常见。