java虚拟机学习笔记（第二部分-自动内存管理机制 第二章-java内存区域与内存溢出异常）精简版

第二部分 自动内存管理机制

第二章 java内存区域与内存溢出异常

2.2 运行时数据区域

1、程序计数器

①、较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
②、java虚拟机的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。一个处理器（内核）在任何一个确定的时刻都只会执行一条线程中的指令。
③、为了在线程切换后能恢复原有的执行位置。每条线程都需要一个独立的程序计数器，各线程之间互不影响，独立存储。
④、如果线程正在执行一个java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果是native方法，计数器为空（undefined）
⑤、无OutOfMemoryError情况

2、Java虚拟机栈

①、和程序计数器一样，线程私有，生命周期与线程相同。
②、虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈，动态链接，方法出口等。
③、每一个方法从调用直至执行完成的过程没救对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
④、堆栈中的“栈”，指的就是虚拟机栈。或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。
⑤、局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。
⑥、两种异常：1、当线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；2、如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展是无法申请到足够的内存，会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈

①、与虚拟机栈发挥的作用非常相似，区别是虚拟机栈为执行Java方法（也就是字节码）服务；本地方法栈为虚拟机使用Native方法服务。
②、与虚拟机栈相同，会抛出两种异常：StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

4、Java堆

①、被所有线程共享，在虚拟机启动时创建。唯一目的就是存放对象实例，几乎所有对象实例都在这里分配内存。随着JIT编译期发展与逃逸分析技术成熟，栈上分配、标量替换优化技术导致所有对象在堆上分配不是“绝对”
②、Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，从内存回收角度看，由于现在收集器基本采用分代收集算法，可以细分为新生代和老年代；再细一点有，Eden空间，From Survivor空间，To Survivor空间等。
③、从内存分配角度来看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲器（TLAB），但无论如何划分，都与存放内容无关，存储的都是对象实例，进一步划分目的是为了更好的回收内存，更快的分配内存。
④、Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可。在实现时，既可以固定大小，也可以可扩展，主流都是通过-Xmx和-Xms控制可扩展。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆无法扩展时，会抛出OutOfMemoryError；

5、方法区

①、与堆一样，都是各线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译期编译器编译后的代码等数据。
②、Java虚拟机规范对方法去的限制非常宽松，除了和堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集在这个区域比较少出现，但非绝对。
③、方法区内存回收目标主要是真的常量池回收和对类型的卸载，一般来说这里回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件苛刻，但是这部分区域的回收确实是必要的。
④当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError

6、运行时常量池

①、是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池。
②、一般来说，除了报错Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。
③、重要特征：具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生，除预置入Class文件中常量池的内容外，运行期间也可能减新的常量放入池中。如：String类的intern()方法。
④、是方法区的一部分，则受到方法区的内存限制，常量池无法再申请到内存是会抛出OutOfMemoryError。

7、直接内存

①、直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是使用频繁，会导致OutOfMemoryError异常
②、JDK1.4中新加入了NIO（new input/output），引入了给予通道和缓冲区（buffer）的I/O方式，可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。避免了在Java堆与Native堆中来回复制数据，提高性能。
③、直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但是收到本机总内存限制。若忽略直接内存，使得个内存区域总和大于物理内存限制，会在动态扩展时出现OutOfMemoryError

注释：

1、类的加载过程

①、加载：查找并加载类的二进制数据；
②、连接：包括验证、准备、解析
验证：确保被加载的类的正确性；
准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值
解析：把类中的符号引用转换为直接引用
③、初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值

1、java虚拟机的符号引用和直接引用

①、在java中，一个java类将会编译成一个class文件。在编译时，java类并不知道引用类的实际内存地址，因此只能使用符号引用来代替。比如org.simple.People类引用org.simple.Tool类，在编译时People类并不知道Tool类的实际内存地址，因此只能使用符号org.simple.Tool(假设)来表示Tool类的地址。而在类装载器装载People类时，此时可以通过虚拟机获取Tool类 的实际内存地址，因此便可以既将符号org.simple.Tool替换为Tool类的实际内存地址，及直接引用地址。

②、总结：JVM对于直接引用和符号引用的处理是有区别的，可以看到符号引用时，JVM将使用StringBuilder来完成字符串的 添加，而直接引用时则直接使用String来完成;直接引用永远比符号引用效率更快，但实际应用开发中不可能全用直接引用，要提高效能可以考虑按虚拟机的思维来编写你的程序。

③、示例 直接引用：

public class StringAndStringBuilder{
   public static void main(String[] args){    
       System.out.println ("s=" + "asdfa");
   }
}

示例 符号引用：

public class StringAndStringBuilder{
   public static void main(String[] args){    
      String s="asdfa";
        System.out.println ("s=" + s);
   }
}

/** 
 *  
 */  
package com.bzu.csh;  
  
import java.util.Random;  
  
/** 
 * @version 
 */  
class Test6 {  
    public static final int a = 6 / 2;// 编译时就处理了，即i = 3  
    // 3;不初始化类，static代码块和静态初始化块不执行  
    public static final int b = new Random().nextInt(10);// 运行时处理，需要初始化类，都执行  
    static {  
        System.out.println("Test6  static 静态代码块" + a + ":" + b);  
    }  
    {  
        System.out.println("Test6  初始化块");  
    }  
}  
  
class Test4 extends Test6 {  
    public static final int i = 6 / 2;// 编译时就处理了，即i = 3  
                                        // 3;不初始化类，static代码块和静态初始化块不执行  
    public static final int j = new Random().nextInt(10);// 运行时处理，需要初始化类，都执行  
    static {  
        System.out.println("Test4  static 静态代码块" + i + ":" + j);  
    }  
    {  
        System.out.println("Test4  初始化块");  
    }  
  
}  
  
public class Test3 {  
  
    /** 
     * @param args 
     *            2017年1月7日 
     */  
    static {  
        System.out.println("Test3");  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        // Test4 t = new Test4();结果如下：执行了初始化块  
        // Test3  
        // Test6 static 静态代码块3:9  
        // Test4 static 静态代码块3:0  
        // Test6 初始化块  
        // Test4 初始化块  
        /***********************************************************/  
        // System.out.println(Test4.j);// 这个不执行初始化块  
        // Test3  
        // Test6 static 静态代码块3:4  
        // Test4 static 静态代码块3:8  
        // 8  
        /***********************************************************/  
        System.out.println(Test4.b);// 不会初始化Test4，因为b定义在了Test6  
        // Test3  
        // Test6 static 静态代码块3:8  
        // 8  
  
    }  
}