《深入理解java虚拟机》-第2章
第2章 Java内存区域与内存溢出异常
2.1 概述
2.2 运行时数据区域
2.2.1 程序计数器
它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器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。
为什么要有程序计数器呢？
由于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的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。
2.2.2 java虚拟机栈
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（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口的信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。
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（指向了一条字节码指令的地址）。
其中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），其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
2.2.3 本地方法栈
2.2.4 Java堆
Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数据都要在堆上分配。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”（Garbage Collected Heap）。
根据Java虚拟机规范的规定：Java堆可以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。
2.2.5 方法区
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范吧方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
2.2.6 运行时常量池
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中出了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译器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中存放。
2.2.7 直接内存
2.3 HotSpot虚拟机对象探秘
2.3.1 对象的创建
虚拟机遇到一条new指令时，首先将去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，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有，那么必须先执行相应的类加载过程。
在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定。为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。
内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值。这一步操作保证了对象的实例字段在java代码中可以不赋初值就直接使用。
执行完new指令在会后会接着执行<init>方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。
2.3.2 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（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
对象头包括两部分信息：1.对象自身的运行时数据，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、偏向时间戳等；2.类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定对象时哪个类的实例。
实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers)，从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。
对齐填充并不是必然存在的。
2.3.3 对象的访问定位
建立对象是为了使用对象，我们的Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以，对象访问方式也取决于虚拟机实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。
如果使用句柄访问的话，那么Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而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。
如果使用直接指针访问，那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何防止访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址。
HotSpot采用使用直接指针访问。
2.4 实战：OutOfMemoryError异常
2.4.1 Java堆溢出
2.4.2 虚拟机栈和本地方法栈溢出
如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。