JVM(二)-java内存区域
运行时数据区域
1、概述
对于Java程序员来说，在java虚拟机自动内存管理机制下，我们可以把内存管理的权利交给java虚拟机；正因为如此我们才要了解java虚拟机是怎样使用内存的，来解决内存泄漏和溢出方面的问题！
2、运行时数据区域
Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域
（1）程序计数器（Program Counter Register）—PC寄存器 线程私有
①它是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当先线程所执行的字节码的信号指示器。在虚拟机的概念模型中，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、线程恢复等基础功能都要依赖这个计数器来完成）。
②由于java虚拟机的多线程是通过线程的轮流切换并分配处理器执行时间来实现的。在任何一个确定的时刻，一个处理器只会执行一条线程中的一个指令。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每一条JVM线程都有自己的PC计数器，各条线程之间互不影响，独立存储，这类内存区域被称为“线程私有”内存在任意时刻，一条JVM线程只会执行一个方法的代码。该方法称为该线程的当前方法（Current Method）
③如果该方法是java方法，那PC寄存器保存JVM正在执行的字节码指令的地址如果该方法是native方法，那PC寄存器的值是undefined。
④此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
(2)Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）线程私有
①与PC寄存器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的。每一个JVM线程都有自己的java虚拟机栈，这个java虚拟机栈与线程同时创建，它的生命周期与线程相同。
②虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame,是方法运行期的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成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。
③局部变量表（主要存放一些基本类型的变量数据（int，short，long，byte，float，double，boolean）和对象引用。在编译期分配其内存空间大小，运行期大小不再改变。）
④JVM stack 可以被实现成固定大小，也可以根据计算动态扩展。
如果采用固定大小的JVM stack设计，那么每一条线程的JVM Stack容量应该在线程创建时独立地选定。JVM实现应该提供调节JVM Stack初始容量的手段；如果采用动态扩展和收缩的JVM Stack方式，应该提供调节最大、最小容量的手段。
⑤如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度将抛出StackOverflowError；如果JVM Stack可以动态扩展，但是在尝试扩展时无法申请到足够的内存时抛出OutOfMemoryError。
(3)本地方法栈（Native Method Stack）
①本地方法栈与虚拟机栈作用相似，后者为虚拟机执行Java方法服务，而前者为虚拟机用到的Native方法服务。
②虚拟机规范对于本地方法栈中方法使用的语言，使用方式和数据结构没有强制规定，甚至有的虚拟机（比如HotSpot）直接把二者合二为一。
这玩意儿抛出的异常跟上面的虚拟机栈一样。
(4)Java堆（java Heap）线程共享
① Java堆是虚拟机管理的内存中最大的一块，同时也是被所有线程所共享的，它在虚拟机启动时创建
② Java堆的唯一作用就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都要在这里分配内存。这里面的对象被自动管理，也就是被俗称的GC（Garbage Collector）所管理。Java堆是垃圾回收器管理的主要区域，因此也叫“GC堆”。
③ 从回收角度看，由于现在的收集器基本都是采用的分代收集算法所以java堆可以分为新生代和老年代，再细致分可分为Eden、From Survivor、To Survivor等空间
从内存角度看，线程共享的java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区
不过无论如何划分，存储都是java对象实例，进一步划分是为了更好的回收内存或更快的分配内存！
④ Java堆的容量可以是固定大小，也可以随着需求动态扩展（-Xms和-Xmx），并在不需要过多空间时自动收缩。Java堆所使用的内存不需要保证是物理连续的，只要逻辑上是连续的即可。
⑤ JVM实现应当提供给程序员调节Java 堆初始容量的手段，对于可动态扩展和收缩的堆来说，则应当提供调节其最大和最小容量的手段。
如果堆中没有内存完成实例分配并且堆也无法扩展，就会抛OutOfMemoryError。
分代收集算法：根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把堆划分为新生代和老年代，这样就可以根据不同年代的特点采用最适当的收集算法，在新生代中，每次垃圾回收都发现有大量对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量对象复制的成本就可以完成收集。而老年中因为对象存活率高，没有额外空间对他进行分配担保，就必须使用标记清理或者标记整理算法来进行回收。
（5）方法区（Method Area）线程共享
① 跟堆一样是被各个线程共享的内存区域，用于存储以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。虽然这个区域被虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它的别名叫非堆（Non-Heap），用来与堆做一下区别。
② 方法区在虚拟机启动的时候创建，方法区的容量可以是固定大小的，也可以随着程序执行的需求动态扩展，并在不需要过多空间时自动收缩，还可以不实现垃圾回收机制，方法区在实际内存空间中可以是不连续的。
③ 这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
④ Java虚拟机实现应当提供给程序员或者最终用户调节方法区初始容量的手段，对于可以动态扩展和收缩方法区来说，则应当提供调节其最大、最小容量的手段。当方法区无法满足内存分配需求时就会抛OutOfMemoryError。
这里有一个小例子，来说明堆，栈和方法区之间的关系的
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
public Test2 t2 = new Test2();
//JVM将Test2类信息加载到方法区,new Test2()实例保存在堆区,Test2引用保存在栈区
}
}
（6）方法区的运行时常量池（Runtime Constant Pool）线程共享
①它是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），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存放到方法区的运行时常量池中。
②Java虚拟机对Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存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。
③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，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。
④既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
（7）直接内存（Direct Memory）
①直接内存（Direct Memory）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OutOfMemoryError异常出现。
②本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM及SWAP区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常会忽略掉直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
3、对象访问
（1）在java语言中，对象的访问时如何进行的？看下面的代码段：
Object obj=new Object();
① “Object obj”这部分语义将会放映到java栈的本地变量表中，作为一个reference类型数据出现
② “new Object()”这部分语义则会反映到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，根据具体类型以及虚拟机实现的对象内存布局的不同，这块内存的长度是不固定的！
③ 另外，java堆中还必须包含能查找此对象类型数据（对象类型、父类、实现的接口、方法）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。
（2）由于reference类型在java虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到java堆中的对象的具体位置，因此，不同虚拟机实现的对象的访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：句柄访问方式和直接指针
①句柄访问方式
如果使用句柄访问方式，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
③ 直接指针访问方式
如果使用直接指针访问方式，java堆对象的布局中就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。
