Jvm笔记-01-Java运行时数据区域与对象

目录

• 运行时数据区域
  • 1. 程序计数器 Program Counter Register
  • 2. Java虚拟机栈 JVM Stacks
  • 3. 本地方法栈 Native Method Stack
  • 4. Java堆 Java Heap
  • 5. 方法区 Method Area
  • 6. 运行时常量池 Runtime Constant Pool
  • 7. 直接内存 Direct Memory
• 对象
  • 对象的创建
  • 对象的内存布局
  • 对象的访问定位

运行时数据区域

1. 程序计数器 Program Counter Register

通过改变计数器值选取下一条指令完成分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能。
线程私有，互不影响。

2. Java虚拟机栈 JVM Stacks

线程私有，生命周期与线程相同。
每个方法执行时创建栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等，方法调用与完成对应入栈和出栈。
Java内存区粗略分为堆和栈，栈即虚拟机栈。
配置 -Xss 参数设定栈帧大小

3. 本地方法栈 Native Method Stack

执行本地方法的栈。

4. Java堆 Java Heap

线程共享，虚拟机启动时创建，几乎所有对象在这里分配内存。
Java堆分为新生代（Eden、From Survivor、To Survivor）和老年代。
-Xms 最小值，-Xmx 最大值

5. 方法区 Method Area

线程共享，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。
被成为永久代 Permanent Generation，配置 -XX:MaxPermSize 上限。

6. 运行时常量池 Runtime Constant Pool

运行时常量池是方法区中一部分，jdk8被放到 MetaSpace 空间。
类的版本、字段、方法、接口等描述信息，还有常量池(Constant Pool Table )，存放编译期生成的各种字面量和符号引用。
jdk7之前，字符串常量池在方法区中，使用 String.intern() 方法可将字符串放入。

7. 直接内存 Direct Memory

不是虚拟机运行时数据区的一部分，也可能OOM异常。
jdk1.4加入NIO，是一种基于通道 Channel 和缓冲区 Buffer 的I/O方式，可以使用 Native 函数库直接分配对外内存，然后通过堆中 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作，避免Java堆与Native堆中数据复制来提高效率。

对象

对象的创建

1. 遇到new指令时，首先检查指令参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个这个符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过。

2. 如果没有，执行相应的类加载过程。

3. 类加载通过后，虚拟机为新生对象分配内存。

    如何分配内存？
    对象所需内存大小在加载完成后便完全确定，所以将一块确定大小内存从Java堆中划分出来即可。  
    若内存规整，采用指针碰撞分配算法，将指针向空闲空间挪动。
    若非连续存放，须维护空闲列表，找到足够大空间划分。
    `Serial` 串行收集器、`ParNew` 多线程串行收集器等带 `Compact` 过程收集器，分配算法采用指针碰撞。
    `CMS` 这种基于 `Mark-Sweep` 算法，采用空闲列表。
   

4. 内存分配完成后，将分配到的内存空间初始化为零值。

5. 虚拟机对对象进行必要设置，该实例所属类、类的元数据信息、对象哈希姆、对象GC分代年龄信息等，存放在对象头中。

6. 执行 <init> 构造方法，按照程序员的意愿进行初始化，对象引用入栈。

对象的内存布局

对象在内存中存储布局分为 3 块区域：对象头(Header)、实例数据(Instance Data)和对齐填充(Padding)。

1. 对象头包括两部分信息

   第一部分是存储对象自身的运行时数据 Mark Word。

    如哈希码、GC分代年龄、锁状态标识、线程持有锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。
   

   另一部分是类型指针，即对象指向它的元数据的指针。

    虚拟机通过这个指针来确定该对象是那个类的实例。
   

2. 实例数据

    对象真正存储的有效信息，即代码中定义的各类型字段内容。
   

3. 对齐填充

    仅是占位符作用。
   

对象的访问定位

通过栈上的引用 reference 来操作堆上具体对象，主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

1. 句柄访问。

    Java堆中将划分出句柄池，'reference' 指向句柄地址，句柄中存放了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。  
    优势：在对象被移动时只会改变句柄中实例数据指针，reference本身不需要修改。
   

2. 直接指针访问。

    'reference' 直接存储对象地址，Java堆中对象布局中须防止访问类型数据信息。
    优势： 访问速度快，因节省了一次指针定位的时间开销。
    HotSpot使用直接指针进行对象访问。