Java内存区域的划分和异常

运行时数据区域

JVM在运行Java程序时候会将内存划分为若干个不同的数据区域。

程序计数器

线程私有。可看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解释器的工作是通过改变这个计数值来读取下一条要执行的字节码指令。

多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间来实现的，任何一个时刻，一个内核只能执行一条线程中的指令。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器。这就是一开始说的“线程私有”。如果线程正在执行的方法是Java方法，计数器记录的是虚拟机字节码的指令地址；如果是Native方法，计数器值为空。程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定OOM(OutOfMemoryError)情况的区域。

Java虚拟机栈

线程私有，生命周期和线程相同。Java虚拟机栈描述的是Java方法的内存模型：每个方法在执行时都会创建一个栈帧，存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息，每一个方法从调用到结束，就对应这一个栈帧在虚拟机栈中的进栈和出栈过程。局部变量表保存了各种基本数据类型（int、double、char、byte等
）、对象引用（不是对象本身）和returnAddress类型（指向了一条字节码地址）。

这部分区域可能发生两种异常：

• 线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，抛出*Error；
• 虚拟机栈扩展时无法申请到足够的内存，抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈

上述虚拟机栈为JVM执行Java方法服务，本地方法则为执行Native服务。其他和虚拟机栈类似，也会抛出*Error、OutOfMemoryError。

Java堆

常说的“栈内存”、“堆内存”，其中前者指的是虚拟机栈，后者说的就是Java堆了。Java堆是被线程共享的。在虚拟机启动时被创建。

Java堆的作用是存放对象实例，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要求逻辑上连续即可。

方法区

线程共享的区域。存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。C用于存放编译期生成的各种字面常量和符号引用，将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。Java语言不要求常量只能在编译期产生，换言之，在运行期间也能将新的常量放入。

直接内存

直接内存不属于虚拟机运行时数据区的一部分，也不是内存区域。本机直接内存的分配不会受到Java堆的大小限制，但终究是内存，如果各个内存区域总和大于物理内存限制，还是会出现OutOfMemoryError。

对象的创建过程

虚拟机遇到一条"new"指令：

1. 首先检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用；
2. 检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析、初始化；(如果没有，则必须先进行类的加载)
3. 在Java堆中为新对象分配内存，所需大小在类加载后就确定了；
4. 将分配到的内存空间都初始化为0（不包括对象头）
5. 类的初始化，即init方法，吧对象按照程序员的意愿初始化为想要的值。

对象的内存布局

对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：

• 对象头
• 实例数据
• 对齐补充

对象头：存储对象自身的运行时数据，比如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID等。另外还有一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过该指针来确定这个对象属于哪个类的实例。

实例数据：对象真正有效的信息，在程序中定义的各种类型的字段内容；

对齐补充：非必须，占用符的作用。

对象的访问定位

Java程序通过栈上的引用来操作堆上的实例对象。比如

Person p = new Person();

这里p就是引用，new出来的Person对象是实例。

这个引用没有规定要如何定位、访问堆中的对象具体位置。主流的有两中访问方式：

• 句柄。Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，引用存储了对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据。好处是，对象被移动时，只需改变句柄中的地址，引用本身无需修改。
• 直接指针。引用中存储的直接就是对象地址。好处是速度更快，由于引用直接表示实例对象的地址，节省了一次指针定位操作。Sun HotSpot使用的正是这种方式。

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by @sunhaiyu

2018.5.28