《深入理解java虚拟机》学习笔记——第二章

java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

1. 程序计数器（线程私有）

• 线程执行的字节码的行号指示器
• 各个线程拥有独立的程序计数器
• 执行java方法时，存的是字节码指令地址
• 执行Native方法时，计数器值为空（Undefined）

2. java虚拟机栈（线程私有）

• 方法执行时创建栈帧（stack frame）
• 栈帧储存局部变量表、操作数、动态链接、方法出口

线程申请的栈深度大于jvm允许的深度，抛出StackOverFlowError。
动态扩展时无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemeryError。

3. 本地方法栈（线程私有）

• 与虚拟机栈类似，不过这里是执行Native方法的

4. Java堆（线程共享）

• 所有线程共享
• 虚拟机启动时创建
• 用于存放对象实例
• 垃圾收集器管理的主要区域（java堆=GC堆）
• 物理上可以不连续，逻辑上连续即可

5. 方法区（线程共享）

• 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及时编译器编译后的代码
• 很少有垃圾收集行为（主要用于回收常量池和对类型的卸载）

6. 运行时常量池（线程共享）

• 方法区的一部分
• 存放编译期生成的各种字面量和符号引用
• 运行期间也可以将新的常量放入池中（例如String类的intern()方法）

7. 直接内存

• 使用Native函数库直接分配堆外内存，通过存储在java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作
• 避免了java堆和native堆中来回复制数据

HotSpot虚拟机对象

对象的创建

1. 对于一条new指令，检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个符号引用，检查符号引用代表的类是否被加载、解析和初始化过。没有则进行类加载过程。
2. 为新生对象分配内存：

• 内存连续：指针碰撞（Bump the Pointer），用过的内存放在一边，空闲的在另一边，中间是指针作为分界点指示器。罢指着你向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。
• 内存不连续：空闲列表（Free List），记录空闲堆

3. 考虑是否线程安全，不同线程可能同时修改指针指向的位置，解决方案：

• 同步处理 ：CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性
• 本地线程分配缓冲TLAB：哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。

4. 内存空间初始化成 零值。
5. 对对象进行必要的设置。包括对象属于哪个类，如歌才能找到类的元数据信息、对象的哈希码，对象的GC分代年龄。这些东西存在对象头（Object Header）中。
6. 从java程序的角度出发，还需要执行方法

对象的内存布局

对象的内存布局可以分为3块区域：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和填充对象（Padding）。

1. 对象头

• 存储对象自身的运行时数据（mark word）
  
• 类型指针：对象指向它的类元数据的指针。JVM通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。

2. 实例数据部分

• 程序代码中定义的各种类型的字段内容。
• 相同宽度的字段总是被分配到一起：longs/doubles 、 ints 、 shorts/chars 、 bytes/boolean 、 oops(Ordinary Object Pointers)。

3. 对齐填充（不是必然存在的），起着占位符的作用。当对象实例数据没有对齐8字节整数倍时，就需要通过对齐填充补全。

对象的访问定位

目前主流的访问方式：使用句柄和直接指针两种。

1. 使用句柄

• java堆上有一个句柄池，reference 存储句柄地址。
• 句柄中包含实例数据和类型数据的地址。
• 好处：对象被移动（GC）指挥改变句柄中的实例数据指针，reference地址不用改

2. 使用指针（Hot Spot使用这种）

• reference中存储对象地址
• java堆上包含对象实例数据和对象类型数据的地址
• 好处：使用指针速度更快，节省了一次指针定位的时间开销

OutOfMemeryError异常

1. java堆溢出

-Xms代表堆最小值，-Xmx代表堆最大值。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemeryError可以让虚拟机在出现内存溢出异常时Dump当前的内存堆转储快照(*.hprof)，以便分析

• 分析出现了内存泄露(Memery Leak),还是内存溢出(Memery Overflow)
• 如果内存泄露，通过工具查看泄露对象到GC Root的引用链，找到泄露对象是通过怎样的路径与GC Root关联才导致无法回收的，由此定位泄露代码的位置。
• 如果是内存溢出，尝试调整堆参数(-Xms,-Xmx),对比物理机内存，尝试减少运行期内存消耗

2. 虚拟机栈和本地方法栈溢出

HotSpot虚拟机不区分这两个栈，所以-Xoss(设置本地方法栈大小)存在，但是无效。栈容量只由-Xss设定。

• 线程请求栈深度大于虚拟机允许最大深度，StackOverflowError
• 虚拟机扩展栈时无法申请到足够的内存，OutOfMemeryError

3. 方法区和运行时常量池溢出

运行时常量池是方法区的一部分

• jdk1.6以及之前的版本，常量池分配在永久代，用-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小和常量池大小

4. 本机直接内存溢出

直接内存容量通过-XX:MaxDirectMemerySize指定，如果不指定，默认等于java堆最大值(-Xmx)

• DirectByteBuffer在抛出异常时，并没有真正向操作系统申请分配内存，而是通过计算得知内存无法分配，手动抛出异常
• 真正申请分配内存的方法是unsafe.allocateMemery()