前言
- Java開發(fā)中，我們不需要像在進(jìn)行C/C++開發(fā)那樣，需要自己去寫delete/free來釋放申請的內(nèi)存，在Java中內(nèi)存是交給虛擬機(jī)管理，凡事都是兩面的，因?yàn)槲覀儼褍?nèi)存控制權(quán)交給了Java虛擬機(jī)，一旦出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏和溢出問題，如果我們不了解虛擬機(jī)時怎么使用的內(nèi)存，那么排查問題將會非常困難。
運(yùn)行時的數(shù)據(jù)區(qū)域
Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會把它管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，這些區(qū)域都有各自的用途，以及銷毀的時間，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結(jié)束而建立和銷毀。
Java堆
- Java堆是被所有的線程共享的內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動的時候創(chuàng)建，此內(nèi)存區(qū)域唯一的目的是存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象都在這里分配內(nèi)存。Java虛擬機(jī)規(guī)范中描述的是所有的對象實(shí)例以及數(shù)組都在堆上分配。
- Java堆是垃圾管理器主要管理的區(qū)域，
- 根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范中規(guī)定，Java堆可以處在物理上不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，只要邏輯上是連續(xù)的就可以。就像我們的磁盤一樣，在實(shí)現(xiàn)的時候既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的。如果在堆中沒有內(nèi)存用于實(shí)例分配，且堆也沒有辦法擴(kuò)展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
Java中的方法區(qū)
方法區(qū)與堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap(非堆)。目的是把它與Java堆分開來。
java虛擬機(jī)規(guī)范對這個區(qū)域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。
相對而言，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的。但非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如同永久代這個名字一樣，永久的存在了，這個區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)是正對常量池的回收和堆類型的卸載。
程序計(jì)數(shù)器
- 程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存區(qū)域，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。在虛擬機(jī)的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機(jī)可能會通過一些更高效的方法去實(shí)現(xiàn)），字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計(jì)數(shù)器的值來選去下一條執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支，循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都依賴這個計(jì)數(shù)器來完成。
Java虛擬機(jī)棧
與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同，虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量表，操作數(shù)棧，動態(tài)鏈接，方法出口等信息，每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧道出棧的過程。
局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double）,對象引用（reference 類型，它不等同于對象本身，可能是一個指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能是指向一個代表的句柄或其它與此對象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向一條字節(jié)碼指令的地址）
本地方法棧
- 本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用非常相似，它們之間的區(qū)別是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)，在虛擬機(jī)規(guī)范中對本地方法棧中方法使用的語言，使用方法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由的實(shí)現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(jī)（比如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接把本地方法棧和虛擬機(jī)合二為一。與虛擬機(jī)一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryErrory異常。
運(yùn)行時常量池
運(yùn)行常量池是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類型的版本，字段，方法，接口等描敘信息外，還有一項(xiàng)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(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時常量池中存放。
Java虛擬機(jī)對Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴(yán)格規(guī)定，每一個字節(jié)用于存儲哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范上的要求才會被虛擬機(jī)認(rèn)可，裝載，和執(zhí)行，但對于運(yùn)行時常量池，Java虛擬機(jī)規(guī)范沒有做任何細(xì)節(jié)的要求，不同的提供商實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)可以按照自己的需求來實(shí)現(xiàn)這個內(nèi)存區(qū)域，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(yùn)行時常量池中。
直接內(nèi)存
- 直接內(nèi)存（Direct Memory）并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域。但是這部分內(nèi)存也被頻繁的使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。
- 在JDK1.4中新加入了NIO(New Input/Output)類，引入了一種基于通道（channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存區(qū)域的引用進(jìn)行操作。這樣能在一些場景中顯著的提高性能，因?yàn)楸苊饬嗽贘ava堆和Native堆之間來回復(fù)制數(shù)據(jù)。
- 本機(jī)直接內(nèi)存不會受Java堆大小的限制，但是，既然是內(nèi)存，那么還是會受到本機(jī)總的內(nèi)存（包塊RAM以及SWAP區(qū)或者分頁文件）大小以及處理器尋址空間的限制。服務(wù)器管理人員在配置虛擬機(jī)參數(shù)時，會根據(jù)實(shí)際內(nèi)存設(shè)置-Xmx等信息參數(shù)信息，但經(jīng)常忽略直接內(nèi)存，使的各個內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制從而導(dǎo)致動態(tài)擴(kuò)展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。
對象的創(chuàng)建
- Java是面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，在Java程序運(yùn)行過程中無時無刻都有對象被創(chuàng)建出來，在語言層面，創(chuàng)建對象通常僅僅就是一個new關(guān)鍵字而已，而在虛擬機(jī)中，對象（僅僅是普通Java對象，不包括數(shù)組和class對象）的創(chuàng)建過程又是怎么樣呢？
- 虛擬機(jī)遇到一條new指令的時候，首先將去檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載，解析，和初始化，如果沒有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。
- 在類加載檢查通過后，接下來虛擬機(jī)將為新生對象分配內(nèi)存，對象所需內(nèi)存的大小在類加載完畢過后便可完全確定，為對象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java 堆中劃分出來，假設(shè)Java 堆中的內(nèi)存是絕對規(guī)整的，所有用喲的內(nèi)存都放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另一邊，中間放著一個指針作為分界點(diǎn)的指示器，那所分配內(nèi)存就僅僅是把那個指針向空閑的空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離，這種分配方式稱為指針碰撞。
- 如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑內(nèi)存相互交錯，那就沒有辦法簡單的進(jìn)行指針碰撞了，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個隊(duì)表，記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的，在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實(shí)例，并更新列表上的記錄，這種分配方式稱為“空閑列表”。選擇哪種分配方式由Java堆是否規(guī)整決定，而Java堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
