一、java內存區域

Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區域。這些區域都有各自的用途，以及創建和銷毀的時間，有的區域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有的區域則依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。根據《Java虛擬機規范（JavaSE7版）》的規定，Java虛擬機所管理的內存將會包括以下幾個運行時數據區域。

1.程序計數器（線程私有）

程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里，字節碼解釋器工作時 就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

每條線程都有一個獨立的程序計數器，各個線程之間互不影響，獨立儲存。

如果線程正在執行的是一個java方法，計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；

如果線程正在執行的是一個Native方法，計數器值為空（undefined）。

此內存區域是唯一一個在Java規范中沒有規定任何OutOfMemoryError（OOM）情況的區域

2.Java虛擬機棧（線程私有）

虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法在執行的同時會創建一個棧幀，用于存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每個方法從調用到執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧和出棧的過程。

通常大家所說的虛擬機堆內存和棧內存中，棧內存一般是指這里的局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數據類型、對象引用（不是對象本身，可能是指向對象的指針或代表對象的句柄或其他的與此對象相關的位置，涉及到下文的“對象的訪問定位”）和returnAddress類型。

3.本地方法棧（線程私有）

本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，區別不過是虛擬機棧為Java方法（字節碼）所服務，而本地方法棧則為虛擬機使用的Native方法服務。Java虛擬機規范沒有對本地方法棧使用的語言、方式和數據結構有強制規定。因此虛擬機可以自由實現它，甚至有的虛擬機直接把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。

4.Java堆（線程共享）

Java堆（Java Heap）是虛擬機所管理的內存中最大的一塊。唯一的目的就是存放對象實例。所有的對象實例和數組都要在堆上分配內存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域。Java堆可以處于物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可，類似于磁盤空間。在實現時既可以是固定大小，也可以是可擴展的，當前的主流虛擬機都是按照可擴展實現的。如果在堆中沒有內存完成實例化分配，并且堆也無法擴展時，會拋出OOM異常。

5.方法區（線程共享）

方法區（Method Area）用于存儲已經被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。

虛擬機規范把方法區描述為了堆的一個邏輯部分，但有個別名Non-Heap。

6.運行時常量池（線程共享）　

運行時常量池（Runtime Constant Pool） 是方法區的一部分。

class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容在類加載后進入方法區的運行時常量池中保存?！?/p>

Java虛擬機對Class文件中的每一部分的格式都有嚴格的規定。每一個字節用于存儲哪種數據都必須符合規范才會被虛擬機認可、裝載和執行，但是對于運行常量池，Java虛擬機規范沒有做任何細節的要求，不同的虛擬機可以按照自己的需求進行實現。不過，一般來說，除了保存Class文件中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中。

運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性，Java語言并不要求常量一定要只有編譯的時候產生，運行期間也可能將新的常量放入池中，利用的多的便是String類的intern（）方法。

在無法再申請到內存是會排除OOM異常。

二、HotSpot虛擬機對象探秘

HotSpot虛擬機在Java堆中對象分配、布局和訪問過程的探討。

1.對象的創建

Java是面向對象的語言，在程序的執行過程中隨時都有可能會有對象被創建，從語言層面上講，創建對象（例如克隆，反序列化）通常僅僅是new關鍵字。

過程：

加載類：當虛擬機遇到一個new指令時，首先檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并且通過檢查這個符號引代表的類是否已經被加載、解析和初始化過。如果沒有則執行相應的類加載過程。（此處不討論這部分的具體內容，詳情參考第七章）

分配內存：在類加載通過后，虛擬機要為新生對象分配內存，對象所需要的內存在類加載后就可以確定，為對象分配空間就是從Java堆中劃分出來。此時常見有兩種方法：（1）指針碰撞：若堆中內存是絕對規整的，已經使用的在一邊，沒有使用的在一邊，中間有個分割指針，則只需要把分割指針向沒有使用的內存移動所需要的固定大?。?）空閑列表：Java堆內存不是規整的，已使用的未使用的是相互交錯的，虛擬機就要維護一個列表，列表保存哪些是已經使用的，哪些是未被使用的，分配的時候只需要從未被使用的內存中分配固定的大小給新對象。

選擇哪種方法由堆內存是否規整所決定，而是否規整取決于采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能。

可以很明顯的看出，這種分配空間的方法不是線程安全的，可能在對A對象分配時指針還沒來得及修改，對象B就采用了原來的指針，解決這個問題有兩種方案：

　（1）對分配空間的動作進行同步化處理：實際上虛擬機采用CAS配上失敗重試的方式保持更新操作的原子性（要么全部做完，要么一點也不做）。

　（2）把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間上進行，即每個線程在Java堆中預先分配一塊內存，成為本地線程分配緩沖TLAB。哪個線程要分配內存就在那個線程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時才需要同步鎖定。

內存空間初始化：內存分配結束后，虛擬機將分配的內存空間都初始化為零值（不包括對象頭，分配的內存空間的具體內容下一部分會解釋），如果使用TLAB來完成，這一工作可以提前到TLAB分配時進行，這一操作保證了對象的實例字段在Java中不賦初始值就可以直接使用，即零值。

對象頭設置：接下來，虛擬機要對對象進行必要的設置，例如：是哪個類的實例？如何找到類的元數據信息？哈希碼？對象的GC分代年齡等。這些信息存放在對象的對象頭（Object Header）中。

初始化：從虛擬機視角來看，一個新的對象已經產生，但是從Java程序來看，這才剛剛開始，因為內存的數據內容都是零值，執行new之后，會執行<init>方法，按照程序員的要求來進行初始化。

2.對象的內存布局

分為三部分：

（1）對象頭

?、俅鎯ο笞陨淼倪\行時數據，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等。32位虛擬機中為32bit，64位虛擬機中為64bit，官方稱之為"Mark Word"。但是需要的存儲的運行時數據太多，其實已經超過了32bit或者64bit，但是對象頭信息是與對象自身定義的數據無關的額外存儲成本，考慮到虛擬機的效率Mark Word被設計成一個非固定的數據結構以便在極小的空間內存儲盡量多的信息，它會根據對象的狀態來復用自己的存儲空間。例如在32位的HotSpot虛擬機中，如果對象處于未被鎖的狀態下，那么就不儲存和鎖有關的信息，25bit存儲hashcode，4bit存儲GC，2bit存儲鎖標志位、1bit固定為0。

?、陬愋椭羔?，即對象指向他的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的示例。并不是所有的虛擬機實現都必須通過數據上保留類型指針（和對象的訪問定定位有關，下面會進行解釋）。如果對象是一個Java數組，那在對象頭還必須有一塊來記錄數組長度的數據，因為從數組的元數據中無法確定數組的大小?！?/p>

（2）實例數據

對象真正存儲的有效信息，也是程序代碼中所定義的各種類型的字段內容，無論是父類繼承下來的還是子類中定義的，都要記錄下來。這部分的存儲順序會受到虛擬機分配策略參數（FieldAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義的順序有關。HotSpot虛擬機默認的分配策略為： longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oop(Ordinary Object Pointers)，從策略中可以看出，相同寬度的字段總是被分配到一起。在滿足這個的前提下，在父類中定義的變量會出現在子類之前。如果CompactFields參數值為true（默認就是true），那么子類之中較窄的變量也可能插入到父類變量的空隙之中。

（3）對齊填充

　不是必然存在的，也沒有特殊的含義，僅僅是占位符的作用。由于HotSpot VM 的自動內存管理必須要求對象的起始地址必須是8字節的整數倍，換句話說就是對象的內存大小必須是8字節的整數倍，如果不足，則填充到8的整數倍。

3.對象的訪問定位

即棧內存中的引用如何訪問堆內存中的對象。目前主流的方式有兩種：

（1）使用句柄：Java堆中會劃分一塊區域作為句柄池，棧中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數據指針（指向堆內存中）和類型數據指針（指向方法區）。

（2）直接指針：棧中存儲的直接就是對象地址，而堆中對象的布局要包括對象示例數據和類型數據指針（指向方法區）。

使用句柄的優點： 引用中存儲的穩定的句柄地址，在對象移動（垃圾收集時移動對象是非常普遍的行為），只會改變句柄的實例數據指針，而引用本身不會改變。

直接指針的優點： 速度快，節省了一次指針定位的時間開銷。由于對象訪問十分頻繁，極少成多之后也是可觀的執行成本。HotSpot虛擬機是使用第二種進行對象訪問的。

三、實戰：OOM異常

原書闡述了產生幾種異常的方式和簡單代碼，具體參考原書內容。

以上這篇淺談Java內存區域與對象創建過程就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。