一文带你了解 JVM 的内存区域

虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域，这些区域各司其职

1. 线程私有

下面这 3 个区域都是线程私有的区域，每个线程独占一份

（1）程序计数器

• 当前线程所执行的字节码的行号指示器
• 通过改变计数器的值来选取下一条执行的字节码指令
• 帮助完成分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等基础功能
• 多线程环境中，为了正常完成线程的切换，使得各个线程能恢复到正确的执行位置，因此每条线程都需要一个程序计数器
• 唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 情况的区域

（2）虚拟机栈

• 每个方法执行时都会创建一个栈帧，当方法被调用，栈帧入栈，方法执行完成，出栈
• 每个栈帧存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等
• 局部变量表存储了当前方法的局部变量，包括基本数据类型，对象引用（指针）以及 returnAddress 类型（指向一条字节码指令的地址）
• 可能出现的两种异常： StackOverflowError：栈溢出，线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度
  OutOfMemoryError：内存溢出，如果虚拟机栈可以动态扩展，那么如果扩展时无法申请到足够的内存，则抛出异常

（3）本地方法栈

• 作用，运行机制，异常类型等与虚拟机栈相同
• 为 native 方法服务
• 很多虚拟机中，本地方法栈和虚拟机栈合二为一

2. 线程共享

下面两个为线程共享的区域

（4）堆

• 虚拟机管理的内存中最大的一块
• 存放对象实例
• 垃圾回收器管理的主要区域，也被称为 GC 堆，并因此可以细分为新生代和老年代
• 可以处于不连续的空间中
• 当没有内存完成实例分配，堆也无法扩展时，抛出 OutOfMemoryError

（5）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
• 垃圾回收行为在这个区域很少出现，因此也被称作为“永久代”

值得注意的是，从 Java 8 开始，方法区被移除，取而代之的是一个叫元空间（Metaspace）的区域

（6）运行时常量池

• Java 6 及之前属于方法区的一部分；Java 7 后被移入堆区域
• 存放编译器生产的各种字面量和符号引用，在类加载时期存入运行时常量池

二. 了解 Java 对象

1. 对象的创建

对象的创建过程中有以下几大步骤：

（1）类加载检查

当虚拟机遇到一个 new 指令，说明要创建对象了；但在创建对象之前，会先去检查这个类是否已经加载过，解析和初始化过，如果没有，则先执行类加载过程

（2）分配内存

在堆中划分出一块确定大小的内存，分配方式有两种

分配方法：

• 指针碰撞：使用这种方法，堆内存必须是规整的（用过的放一边，空闲的放一边），然后中间放一个指针作为分界点。分配内存时只需要将指针挪一段与对象大小相等的距离即可
• 空闲列表：如果堆内存不规整，就只能使用空闲列表法了。JVM 维护一个列表来记录内存块的使用情况；分配时找到一块足够大的空间划分给对象然后更新表记录即可

保证线程安全：

为了保证线程安全，避免同一块区域同时分配给多个对象，通常使用两种方法

• CAS：每当要写入数据时，先比较当前值（工作内存）与主内存中的值是否一致，是则进行写入，否则重新获取值
• TLAB：每个线程预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB）；如果某个线程的 TLAB 用完，需要分配新的 TLAB，这些则需要进行同步锁定

（3）初始化零值

将分配到的内存空间都初始化为零值；这样可以使得对象在代码中不赋初始值就直接使用

public class Person {
    int age;

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        System.out.println(person.age);
    }
}
复制代码

类似这样的情况，age 被默认赋值为 0

（4）设置对象头

将类的自身运行时数据（HashCode，GC 分代年龄，锁状态标志等）；类型指针（指向类元数据，确定是哪个类的实例）存放在对象头中