?運行時數(shù)據(jù)區(qū)域
? ? Java虛擬機在執(zhí)行程序的過程中會把它所管理的內存劃分成若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間。有的區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和人結束建立而銷毀
程序計數(shù)器（線程隔離的數(shù)據(jù)區(qū)）
? ? ? ? 程序計數(shù)器是一塊較小的內存空間，可以看作是當前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。
? ? ? ? 字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取銷一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令（分支，循環(huán)，跳轉等）。
? ? ? ? Java虛擬機的一個處理器（對于多核處理器來說是一個內核）都只會執(zhí)行一條線程中的指令。為了線程切換之后能夠恢復到正確的執(zhí)行位置，所以每個線程需要有一個獨立的程序計數(shù)器。這類獨立存儲的內存區(qū)域為“線程私有”的內存區(qū)域。
? ? ? ? 線程執(zhí)行的是Java方法：計數(shù)器記錄正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址
? ? ? ? 線程執(zhí)行的是Native方法：計數(shù)器值為空（Undefined）
此內存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有歸歸哪個任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。? ? ? ??
Java虛擬機棧（線程隔離的數(shù)據(jù)區(qū)）
? ? ? ? 與程序計數(shù)器一樣，，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期和線程相同。
? ? ? ? Java虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內存模型：每個方法在執(zhí)行的同事都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）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。每個方法調用直至執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機中入棧到出棧的過程。
? ? ? ? ?大體上可以將Java內存區(qū)別分為堆內存（Heap）和棧內存（Stack），但是實際劃分關系遠比這復雜。這里的棧主要講的就是虛擬機棧中的局部變量表部分。
? ? ? ? ?局部變量表中存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（Java 8大基本數(shù)據(jù)類型）、對象引用類型 （可能是一個?指向對象起始地址??的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄? 或其他與此對象相關的位置）
? ? ? ? 在Java虛擬機規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverFlow異常；如果虛擬機可以動態(tài)擴展（當前大部分的虛擬機都可以動態(tài)擴展，只不過是Java虛擬機規(guī)范中也允許固定長度的虛擬機棧），如果擴展時無法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常
本地方法棧（線程隔離的數(shù)據(jù)區(qū)）
? ??????本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，它們之間的區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。在虛擬機規(guī)范中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結構并沒有強制規(guī)定，因此具體的虛擬機可以自由實現(xiàn)它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常
Java堆（由所有線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)）
? ??????Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這分配內存。（Java虛擬機規(guī)范中是這樣描述的：所有的對象實例以及數(shù)組都要在堆上分配[1]，但是隨著JIT（Just-In-Time Compiler--即時編譯器）的發(fā)展與逃逸分析技術逐漸成熟，棧上分配、標量替換[2]優(yōu)化技術將會導致一些微妙的變化發(fā)生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對”了。）
? ??????Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。
? ? ? ? ? ? ? ? 1.從回收的角度來看，由于現(xiàn)在收集器基本上都基本采用分代收集算法，所以Java堆中還可以細分為：新生代和老年代；再細致一點的有?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。
? ? ? ? ? ? ? ? 2.從內存分配的角度來看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）
? ??????無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區(qū)域，存儲的都仍然是對象實例，進一步劃分的目的是為了更好地回收內存，或者更快地分配內存。
? ??????根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的（通過-Xmx【最大】和-Xms【最小】控制）。如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
方法區(qū)（由所有線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)）
? ? ? ? 用于存儲已被虛擬機加載的類信息、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），目的應該是與Java堆區(qū)分開來。對于習慣在HotSpot（SunJDK和OpenJDK中所帶的虛擬機）虛擬機上開發(fā)、部署程序的開發(fā)者來說，很多人都更愿意把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation），本質上兩者并不等價，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣管理這部分內存，能夠省去專門為方法區(qū)編寫內存管理代碼的工作。對于其他虛擬機（如BEA JRockit、IBM J9等）來說是不存在永久代的概念的。
? ? ? ? 原則上，如何實現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機實現(xiàn)細節(jié)，不受虛擬機規(guī)范約束，但使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)，現(xiàn)在看來并不是一個好主意，因為這樣更容易遇到內存溢出問題（永久代有-XX：MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要沒有觸碰到進程可用內存的上限，例如32位系統(tǒng)中的4GB，就不會出現(xiàn)問題），而且有極少數(shù)方法（例如String.intern（））會因這個原因導致不同虛擬機下有不同的表現(xiàn)。因此，對于HotSpot虛擬機，根據(jù)官方發(fā)布的路線圖信息，現(xiàn)在也有放棄永久代并逐步改為采用Native Memory來實現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃了[1]，在目前已經(jīng)發(fā)布的JDK 1.7的HotSpot中，已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出。
String.intern()
? ? ? ? 直接使用雙引號聲明出來的String對象會直接存儲在常量池中。
? ? ? ? 如果不是用雙引號聲明的String對象，可以使用String提供的intern方法。intern 方法會從字符串常量池中查詢當前字符串是否存在，若不存在就會將當前字符串放入常量池中
運行時常量池
? ??????????運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)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（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放
? ? ? ? Java虛擬機對Class文件每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴格規(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認可、裝載和執(zhí)行，但對于運行時常量池，Java虛擬機規(guī)范沒有做任何細節(jié)的要求，不同的提供商實現(xiàn)的虛擬機可以按照自己的需要來實現(xiàn)這個內存區(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行時常量池中。
? ? ? ? ?當常量池無法申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。
直接內存
? ? ? ? 直接內存（Direct Memory）并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內存區(qū)域。但是這部分內存也被頻繁地使用，而且也可能導致OutOfMemoryError異常出現(xiàn)。
? ? ? ?在JDK 1.4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)庫直接分配堆外內存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著提高性能，因為避免了在Java堆和Native堆中來回復制數(shù)據(jù)。
? ? ? ? 本機的直接內存分配是不會受到Java堆 大小的限制，但是還是會受到本機總內存的（包括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。服務器管理員在配置虛擬機參數(shù)時，會根據(jù)實際內存設置-Xmx等參數(shù)信息，但經(jīng)常忽略直接內存，使得各個內存區(qū)域總和大于物理內存限制（包括物理的和操作系統(tǒng)級的限制），從而導致動態(tài)擴展時出現(xiàn)OutOfMemoryError異常。
對象的創(chuàng)建
? ? ? ?虛擬機遇到一條new指令時，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、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執(zhí)行相應的類加載過程.
? ? ? ?在類加載檢查通過后，接下來虛擬機將為新生對象分配內存。對象所需內存的大小在類加載完成后便可完全確定。為對象分配空間的任務等同于把一塊確定大小的內存從Java堆中劃分出來。假設Java堆中內存是絕對規(guī)整的，所有用過的內存都放在一邊，空閑的內存放在另一邊，中間放著一個指針作為分界點的指示器，那所分配內存就僅僅是把那個指針向空閑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”（Bump the Pointer）。如果Java堆中的內存并不是規(guī)整的，已使用的內存和空閑的內存相互交錯，那就沒有辦法簡單地進行指針碰撞了，虛擬機就必須維護一個列表，記錄上哪些內存塊是可用的，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例，并更新列表上的記錄，這種分配方式稱為“空閑列表”（Free List）。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。因此，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時，系統(tǒng)采用的分配算法是指針碰撞，而使用CMS這種基于Mark-Sweep算法的收集器時，通常采用空閑列表。
? ? ? ? ?除如何劃分可用空間之外，還有另外一個需要考慮的問題是對象創(chuàng)建在虛擬機中是非常頻繁的行為，即使是僅僅修改一個指針指向的位置，在并發(fā)情況下也并不是線程安全的（可能出現(xiàn)正在給對象A分配內存，指針還沒來得及修改，對象B又同時使用了原來的指針來分配內存的情況）。解決這個問題有兩種方案，一種是對分配內存空間的動作進行同步處理--實際上虛擬機采用CAS（Compare And Swap）配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；另一種是把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進行，即每個線程在Java堆中預先分配一小塊內存，稱為本地線程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。哪個線程要分配內存，就在哪個線程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。虛擬機是否使用TLAB可以通過-XX：+/-UseTLAB參數(shù)來設定。
? ? ? ? ?內存分配完成后，虛擬機需要將分配到的內存空間都初始化為零值（不包括對象頭），如果使用TLAB，這一工作過程也可以提前至TLAB分配時進行。這一步操作保證了對象的實例字段在Java代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序能訪問到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對應的零值。
? ? ? ? ?接下來，虛擬機要對對象進行必要的設置，例如這個對象是哪個類的實例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希碼、對象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對象的對象頭（Object Header）之中。根據(jù)虛擬機當前的運行狀態(tài)的不同，如是否啟用偏向鎖等，對象頭會有不同的設置方式。
對象的內存布局
? ? ? ? ?HotSpot虛擬機中，對象在內存中存儲的布局可以分為三塊區(qū)域：對象頭（Header）、實例數(shù)據(jù)（Instance Data）和對齊填充（Padding）。
? ? ? ? ? ?HotSpot虛擬機的對象頭包括兩部分信息，第一部分用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等，這部分數(shù)據(jù)的長度在32位和64位的虛擬機（未開啟壓縮指針）中分別為32bit和64bit，官方稱它為“Mark Word”。對象需要存儲的運行時數(shù)據(jù)很多，其實已經(jīng)超出了32位、64位Bitmap結構所能記錄的限度，但是對象頭信息是與對象自身定義的數(shù)據(jù)無關的額外存儲成本，考慮到虛擬機的空間效率，Mark Word被設計成一個非固定的數(shù)據(jù)結構以便在極小的空間內存儲盡量多的信息，它會根據(jù)對象的狀態(tài)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定的狀態(tài)下，那么Mark Word的32bit空間中的25bit用于存儲對象哈希碼，4bit用于存儲對象分代年齡，2bit用于存儲鎖標志位，1bit固定為0，而在其他狀態(tài)（輕量級鎖定、重量級鎖定、GC標記、可偏向）
? ???????對象頭的另外一部分是類型指針，即對象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。并不是所有的虛擬機實現(xiàn)都必須在對象數(shù)據(jù)上保留類型指針，換句話說，查找對象的元數(shù)據(jù)信息并不一定要經(jīng)過對象本身。另外，如果對象是一個Java數(shù)組，那在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因為虛擬機可以通過普通Java對象的元數(shù)據(jù)信息確定Java對象的大小，但是從數(shù)組的元數(shù)據(jù)中卻無法確定數(shù)組的大小。
對象的訪問定位? ? ? ??
? ? ? ? 建立對象是為了使用對象，我們的Java程序需要通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。由于reference類型在Java虛擬機規(guī)范中只規(guī)定了一個指向對象的引用，并沒有定義這個引用應該通過何種方式去定位、訪問堆中的對象的具體位置，所以對象訪問方式也是取決于虛擬機實現(xiàn)而定的。目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。
? ??????如果使用句柄訪問的話，那么Java堆中將會劃分出一塊內存來作為句柄池，reference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(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息
? ??????如果使用直接指針訪問，那么Java堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關信息，而reference中存儲的直接就是對象地址
? ??????這兩種對象訪問方式各有優(yōu)勢，使用句柄來訪問的最大好處就是reference中存儲的是穩(wěn)定的句柄地址，在對象被移動（垃圾收集時移動對象是非常普遍的行為）時只會改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針，而reference本身不需要修改。
? ??????使用直接指針訪問方式的最大好處就是速度更快，它節(jié)省了一次指針定位的時間開銷，由于對象的訪問在Java中非常頻繁，因此這類開銷積少成多后也是一項非?？捎^的執(zhí)行成本。就虛擬機Sun HotSpot而言，它是使用第二種方式進行對象訪問的，但從整個軟件開發(fā)的范圍來看，各種語言和框架使用句柄來訪問的情況也十分常見。
? ? ? ? ? ? 簡單理解就是一個是指針一個是指針的指針，一個相對速度更快，一個相對更加安全，穩(wěn)定
實戰(zhàn)：OutOfMemoryError異常
/**
* VM Options
* -Xms20m
* -Xmx20m
* -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
* @author panghu
*/
public class HeapOOM {
public static void main(String[] args) {
List list =new ArrayList<>();
? ? ? ? while (true) {
list.add(new HeapOOM.OOMObject());
? ? ? ? }
}
static class OOMObject {
}
}
