JAVA虚拟机（JVM）详细讲解（二）——内存的划分

我们知道，在C++语言里，如果想使用一个对象，需要对其进行new操作；如果不用这个对象了，需要对其进行delete操作。一旦开发人员忘记写delete语句了，就会造成内存泄露。【内存被对象占用着不还，就叫内存泄露。】

而java就聪明了，它从“手动”进化成了“自动”，把内存的控制权力交给了虚拟机。下面我们就来窥探一下jvm是怎么进行自动内存管理的。

自动内存管理分为两部分：

给对象分配内存和回收分配给对象的内存。在本篇我们说说前者，也就是内存划分和内存分配。下篇再说GC（垃圾回收）。

1、内存划分

我们来看看虚拟机内存里都有什么东西。JVM的内存区域大致分为Class文件、类装载子系统、运行时数据区、执行引擎。今天我们只说说运行时数据区。【这张图是基于JDK7的。JDK7以前，常量池是存放在方法区的。从JDK7以后，常量池放到了堆中。】

线程公有

在运行时数据区中，方法区和堆是属于线程公有的，也就是这两块区域是“循环利用”的，所以要对其进行垃圾回收。其是在虚拟机启动时创建。

线程私有

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是属于线程私有的，其与线程“同生死”，属于“一次性”的，所以不用对其进行垃圾回收。

（一）方法区

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。
其中有一个运行时常量池。其存储的是Class文件中描述的符号引用，直接引用。在编译期和运行期都可以将新的常量放入此池子中。

（2） 堆

概念：如果说栈解决的是程序运行问题，即程序如何处理数据；则堆解决的是数据存储问题，即数据怎么放，放在哪。

特点：

a、堆是虚拟机内存中最大的一块，大概占内存的四分之三。比如一个32位windows平台中每个进程有2GB的内存，则一般将1.5GB的内存划分给堆。可见堆的所占空间之大。
b、可处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。

作用：

存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

分类：

从内存回收的角度看，分为新生代和老年代。
从内存分配的角度看，可划分出多个线程私有的分配缓冲区。

（3）虚拟机栈

虚拟机栈里面存储的是栈帧，栈帧里面存储的是局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。

栈中的栈帧

每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，一个方法从调用到执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧中的局部变量表

存放的是编译期可知的各种基本数据类型，对象引用，returnAddress类型。所以其所需的内存空间在编译期间就能完成分配，在运行期间不会改变其大小。

在分配基本数据类型所占的空间时，除了64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。

（4）本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈的作用是相同的，只不过虚拟机栈执行的是java方法，本地方法栈执行的是Native方法。
java方法就是开发人员写的java代码，Native方法就是一个java调用非java代码的接口。

（5）程序计数器

程序计数器中存放的是当前线程所执行的字节码的行号。jvm工作时，就是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。

2、内存分配

这部分我们说说对象在java堆中是如何分配，布局和访问的，以及内存分配的原则。

对象的创建

我们用new来创建对象，来看看系统运行到new时，虚拟机在干什么。此时的类就像一块肉，他要经过层层安检，才能到达人类的饭桌。第一步：查看在常量池中是否有对应的符号引用。【在方法区中进行】

第二步：查看此类是否被加载，解析和初始化过。【在方法区中进行】

第三步：领取新生对象的内存。有两种方式：指针碰撞和空闲列表。【在堆中进行】

第四步：将分配到的内存空间初始化为零值。

第五步：对对象进行必要的设置，比如其是哪个类的实例，对象的哈希码之类的。这些信息存放在对象的对象头之中

第六步：如果java代码中对对象进行了赋初值，则会进行第六步：执行< init >方法。此方法的作用就是对对象进行初始化。

对象的内存布局

对象在内存中的存储布局分为3部分：对象头+实例数据+对齐填充

对象头

对象头里面有两部分信息：

（1）运行时数据，包括哈希码，GC分代年龄，锁状态标志等。

（2）类型指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。

实例数据

实例数据中存放的是代码中定义的各种类型的字段内容。

对齐填充

对齐填充起的是占位符的作用，不是必然存在的。其只要保证对象的大小是8字节的整数倍即可。

对象的访问定位

建立完对象后，我们就可以使用对象了。在使用时，怎么才能找到想找的对象？有两种方式：句柄和直接指针

句柄：

句柄访问就是在java堆中划分出一块内存来作为句柄池，句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自具体的地址信息。

直接指针：

直接指针之所以“直接”，是因为它去除了句柄这个中介。所以在速度上比句柄快。在HotSpot虚拟机中，使用的是这种方式。

说完了对象在java堆中是如何分配，布局和访问的，接下来我们说说内存分配的原则

内存分配的原则：

堆大致分为新生代，老年代，永久代。对象的内存分配主要分配在新生代的Eden区，少数情况下会直接分配到老年代中。分配的规则不是100%固定的，取决于垃圾收集器组合和参数设置等。下面有几条分配原则可供参考。

（1）对象优先在Eden分配。

（2）大对象直接进入老年代。

（3）长期存活的对象将进入老年代。

（4）动态对象年龄判定。

（5）空间分配担保。

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