java虚拟机之内存模型篇

最近在准备跳槽中，整理了下自己的一些知识点，把文档也copy在博客上，不过图片很多是网络上下载的。
先写java虚拟机篇
java虚拟机之内存模型篇
java虚拟机之垃圾回收篇
java虚拟机之垃圾收集器篇
java虚拟机之虚拟机类加载机制
java虚拟机之Java内存模型与线程

1.Java 内存区域与内存溢出异常

程序计数器

是一块较小的内存空间，用来指定当前线程执行字节码的行数，每个线程计数器都是私有的，因为每个线程都需要记录执行的行数；这里解释一下为什么每个线程都需要一个线程计数器，JVM的多线程是通过线程轮流切换分配执行时间来实现的，在任何时刻，每个处理器都只会执行一个线程中的指令，当线程进行切换的时，为了线程能恢复当正确的位置，所以每个线程必须有个独立的线程计数器，这样才能保证线程之间不互相影响。
　　这里注意下，如果线程执行是一个Java方法的时候，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址；当执行的是Native的方法的时候，计数器指令为空；该内存区域是Java虚拟机唯一没有规定任何OutOfMemoryError的区域。
　　
Java虚拟栈
这个也是一个线程私有的，生命周期与线程是同步的，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（基本数据类型，对象引用，returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）），操作数栈，动态链接，方法出入口等信息，每个方法的调用到执行完成的过程就是一个栈帧入栈到出栈的过程
当线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度就要报stackOverflowError，如果虚拟机可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError
** 注意 : 局部变量表是在编译时就已经确定好的，方法运行所需要分配的空间在栈帧中是完全确定的，在方法的生命周期内都不会改变**

本地方法栈

也是线程私有的，与虚拟机栈执行的基本相同，唯一的区别就是虚拟机栈是执行Java方法的，本地方法栈是执行native方法的

Java堆

所有线程共享的区域，在虚拟机启动的时候创建，所有对象的实例以及数组都要在堆上分配。当堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法扩展的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常。
Java堆可以在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。

方法区

所有线程共享的区域
存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译的代码数据等
Jdk1.7开始逐步“去永久代”的事情，比如String.intern（）就是往永久代放入String数据

运行时常量池

是方法区的一部分，常量池主要用于存放编译生成的各种字面量和符合引用，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，由于常量池属于方法区的一部分，所以当常量池没有内存空间的时候就抛出OutOfMemoryError异常；
这个地方是也是动态性的，并不只是保存编译期间产生的常量，在运行期间也可以进入，比如String.intern()

直接内存

并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是虚拟机规范中的一部分，但是这部分内存也被频繁的使用，但是也可能导致oom出现。
可以直接通过native函数分配堆外的内存，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；所以当内存空间无法动态扩展的时候就会出现OutOfMemoryError异常；

对象的创建

当虚拟机遇到new（克隆，反序列化）等指令的时候，会去常量池里找类的符号引用，并且检查这个类的符号引用是否已经被加载，解析和初始化过。如果没有就先执行类加载过程（相当于做一个模板，不然一堆二进制数据，并不知道它是什么意思）。
然后在java堆上分配类的内存，这里分配内存又有不同的方式，如果只是移动指针，空余出所需要的空间，但是会有线程竞争的问题，所以需要同步这个指针（cas配上失败重试的方式保证更新操作的原子性） ， 另一种是按照线程划分在不同的空间中进行，每个线程在堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲。只有TLAB（本地线程分配缓冲）用完并且分配新的TLAB时才需要同步锁定。

对象的内存布局

对象在内存中的布局可以分为3块区域：对象头（（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）（类型指针，就是指向类元数据的指针用来确定是哪个对象的实例）），实例数据（存储真正有效信息），对齐补充。

句柄访问（堆中划分出一块内存作为句柄池）

直接指针访问：

两者都有优劣：
句柄是reference存储的是稳定的句柄地址，对象移动（垃圾回收时候）只会改变句柄中实例数据指针，而reference自己不需要修改
直接指针访问的好处就是快，节省了一次指针定位的开销
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