JVM内存空间说明及对象相关

JVM内存空间说明及JAVA对象创建过程

• 运行时数据区说明
• 对象相关

运行时数据区说明

• 程序计数器
  • 线程内独立存在，线程之间互不影响
  • 用于记录线程的代码运行位置，通过其选取下一个执行的指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成
  • 用于在多线程切换时能够指定到正确的执行位置
  • 唯一一个没有任何OutOfMemoryError情况的区域
• 虚拟机栈
  • 生命周期与线程相同，是java方法执行的内存模型(每个方法都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每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)
• 局部变量表
  • 存放了编译器可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、
    double)、对象引用（reference类型，指向对象相关的位置）和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）
  • 注意：64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（slot），其余数据只占用1个。
  • 异常：
    • 请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度（StackOverflowError异常）
    • 虚拟机栈允许扩充也允许固定长度，当扩充无法申请足够空间（OutOfMemoryError异常）
• Java堆
  • 被所有线程共享的一块内存区域，此区域的唯一目的是存放对象实例，几乎所有对象和数组都要在堆上分配，为收集器管理的主要区域，也被称为"GC堆"，一般区分为新生代和老年代
  • 异常
    • 当堆没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError
• 方法区
  • 被所有线程共享的一快内存区域，Hotspot虚拟机使用”永久代“来实现方法区，其余虚拟机并没有，在1.8中 Hotspot已经实现了使用Native Memory来实现方法区，方法区管理较为宽松，可以实现扩展和固定空间，还可以选择不实现垃圾回收集，当空间不足时，将抛出OutOfMemory异常
  • 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
• 直接内存
  • 不是虚拟机运行数据区，也不是Java规范中定义的内存区域，但是这个部分也被频繁的使用，而且也可以导致OutOfMemoryError 异常。

对象相关

• 创建过程

  • Java堆内分配空间
  • 虚拟机进行对象设置，内存空间初始化为零值（对象头除外），设置对象头
  • 执行init

• 对象的内存布局

  • 对象头（Header）
    • 对象运行时数据，如：HashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，官方成为”Mark Word“
      
    • 类型指针（对象指向它的类型数据的指针），用于确定这个对象是哪个类的实例
    • 备注：若对象为数组，还有一块用于记录数组长度的数据

• 实例数据（Instance Data）

  • 有效信息，代码中定义的各种类型的内容，包括父类集成的与子类定义的

• 对齐补充（Padding）

  • 并不是必然存在，也没有意义，起到了占位符的作用，在Hotspot中对象大小必须为8字节的整数倍

• 对象内存分配管理（管理方式由JAVA堆内存是否规整决定）

  • 指针碰撞：Java堆中内存绝对规整，每次分配时仅移动分界指针
  • 空闲列表：Java堆中内存零散（CMS收集器），记录空闲空间列表

• 对象并发创建保证原子性问题

  • 采用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（Thread Local Allocation Buffer，TLAB），预先在Java堆中为线程分配一定的空间，哪个线程需要分配内存就在哪个TLAB上分配，只有TLAB需要扩充时，才需要同步线程锁。

• 对象的访问定位

  • Java程序需要通过栈上的reference类型数据操作堆的对象，但是由于reference只规定了一个指向对象的引用，没有定义定位方式，所以定位方式取决于虚拟机的实现
  • 主流定位方式
    • 使用句柄访问，Java堆内会分配句柄池，reference类型记录的是对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息
      
    • 使用直接指针，reference直接指向对象地址，那么Java堆对象的布局就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息