Java - JVM

    本文主要是记录在学习 Java - JVM 过程中的一些知识点备忘！

知识点规整：

一、

• 介绍下 Java 内存区域（运行时数据区）：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、运行时常量池、直接内存

• Java 对象的创建过程：五步，需要能够默认出来并且知道每一步虚拟机都做了些什么

• 对象的访问定位的两种方式：句柄、直接指针

• String 类和常量池

• 8 种基本类型的包装类和常量池

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1、运行时数据区域

Java 虚拟机在执行 java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若干个不同的数据区域：有些区域是线程私有的（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈），有些区域是线程共享的（堆、方法区、直接内存）

1.1、程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程锁执行的字节码的行号指示器！

字节码解释器工作时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、线程恢复等功能都需要依赖这个计数器来完成！

另外，为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每个线程都需要一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，因此这类内存区域也被称为"线程私有"的内存！

程序计数器的作用主要有两个：

• 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理
• 在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了

注意：程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡

1.2、java 虚拟机栈

与程序计数器一样，java 虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同，描述的是 java 方法执行的内存模型

java 内存可以粗略低区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），其中栈也即现在说的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分（实际上，java 虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息）

局部变量表主要用于存放编译器可知的各种数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）

java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError

• StackOverFlowError：若 java 虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前 java 虚拟机栈的最大深度的时候，则抛出该异常
• OutOfMemoryError：若 java 虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，那么当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，则会抛出该异常

java 虚拟机栈也是线程私有的，每个线程均有各自的 java 虚拟机栈，而且随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡

1.3 本地方法栈

与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别在于：虚拟机栈为虚拟机执行 java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务！在 HotSpot 虚拟机中，本地方法栈与 Java 虚拟机栈合二为一！

本地方法被执行的时候，在本地方法栈也会创建一个栈帧，用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息

方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，也会出现 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种异常

1.4、堆

Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，java 堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建！此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组均在这里分配内存

Java 堆是垃圾回收器管理的主要区域，因此也被称作 GC 堆！从垃圾回收角度出发，由于现在垃圾收集器基本上都是采用分代垃圾收集算法，因此 java 堆也还可以细分为“新生代和老年代（以及 jdk1.7 之前还有：永久代）”，再细致一点新生代可以细分“Eden 空间、From Survivor、To Survivor 空间等”，进一步划分的目的是为了更好地回收内存或者说更快地分配内存

在 JDK1.8 中移除了整个永久代，取而代之的是一个叫元空间（Metaspace）的区域（永久代使用的是 JVM 的堆内存空间，而元空间使用的是物理内存，直接受到本机的物理内存限制）

1.5、方法区

方法区与 java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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！

虽然 java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名 Non-Heap(非堆)，目的是为了与 java 堆区分开来

HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为“永久代”，本质上两者并不等价！仅仅是因为 HotSpot 虚拟机设计团队用永久代来实现方法区而已，这样 HotSpot 虚拟机的垃圾收集器就可以像管理 java 堆一样管理这部分内存了！但这并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题

相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入方法区后就“永久存在”了

1.6 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，还有常量池信息（用于存放编译期生成各种字面量和符合引用）

既然运行时常量池是方法区的一部分，自然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

JDK1.7+ 版本 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来，在 Java 堆中开辟了一块区域存放运行时常量池

1.7、直接内存

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

JDK1.4 中新加入的 NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道 Channel 与缓存区 Buffer 的 I/O 方式，它可以直接使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作！！这样能够在一些场景中显著提高性能，因为避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据

本机直接内存的分配不会收到 Java 堆的限制，但是，既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制