JAVA虛擬機器（JVM）詳細講解（二）－記憶體的劃分

我們知道，在C 語言裡，如果想使用一個對象，需要對其進行new操作；如果不用這個對象了，需要對其進行delete操作。一旦開發人員忘記寫delete語句了，就會造成記憶體外洩。 【記憶體被物件佔用著不還，就叫記憶體外洩。 】

而java就聰明了，它從“手動”進化成了“自動”，把內存的控制權力交給了虛擬機。下面我們就來窺探一下jvm是怎麼進行自動記憶體管理的。

自動記憶體管理分為兩部分：

給物件分配記憶體和回收分配給物件的記憶體。在本篇我們說說前者，也就是記憶體劃分和記憶體分配。下篇再說GC（垃圾回收）。

1、記憶體分割

我們來看看虛擬機器記憶體裡都有什麼東西。 JVM的記憶體區域大致分為Class檔案、類別裝載子系統、執行時期資料區、執行引擎。今天我們只說說運行時資料區。 【這張圖是基於JDK7的。 JDK7以前，常量池是存放在方法區的。從JDK7以後，常量池放到了堆中。 】

線程公有

在執行時資料區中，方法區和堆是屬於執行緒公有的，也就是這兩塊區域是「循環利用」的，所以要對其進行垃圾回收。其是在虛擬機器啟動時創建。

執行緒私有

虛擬機堆疊、本機方法堆疊、程式計數器是屬於執行緒私有的，其與執行緒「同生死」，屬於「一次性」的，所以不用對其進行垃圾回收。

（一）方法區

儲存已被虛擬機載入的類別信息，常數，靜態變量，即時編譯器編譯後的程式碼等數據。
其中有一個運行時常數池。其儲存的是Class檔案中描述的符號引用，直接引用。在編譯期和執行期都可以將新的常數放入此池子中。

（2） 堆疊

概念：如果說堆疊解決的是程式執行問題，即程式如何處理資料；則堆疊解決的是資料儲存問題，也就是資料怎麼放，放在哪裡。

特點：

a、堆是虛擬機器記憶體中最大的一塊，大概佔記憶體的四分之三。例如一個32位元windows平台中每個進程有2GB的內存，則一般將1.5GB的內存劃分給堆。可見堆的所佔空間之大。
b、可處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可。

作用：

存放物件實例，幾乎所有的物件實例都在這裡分配記憶體。

分類：

從記憶體回收的角度看，分為新生代和老年代。
從記憶體分配的角度來看，可分割出多個執行緒私有的分配緩衝區。

（3）虛擬機器堆疊

虛擬機堆疊裡面儲存的是堆疊幀，堆疊幀裡面儲存的是局部變數表，操作數棧，動態鏈接，方法出口等資訊。

堆疊中的堆疊幀

每個方法在執行的同時都會建立一個堆疊幀，一個方法從呼叫到執行完成的過程，就對應一個堆疊幀在虛擬機器堆疊中入棧到出棧的過程。

堆疊幀中的局部變數表

存放的是編譯期可知的各種基本資料類型，物件引用，returnAddress類型。所以其所需的記憶體空間在編譯期間就能完成分配，在運作期間不會改變其大小。

在分配基本資料型別所佔的空間時，除了64位元的long和double型別的資料會佔用2個局部變數空間，其餘的資料型別只佔用1個。

（4）本地方法堆疊

本地方法堆疊和虛擬機器堆疊的作用是相同的，只不過虛擬機器堆疊執行的是java方法，本地方法棧執行的是Native方法。
java方法就是開發人員寫的java程式碼，Native方法就是一個java呼叫非java程式碼的介面。

（5）程式計數器

程式計數器中存放的是目前執行緒所執行的字節碼的行號。 jvm工作時，就是透過改變這個計數器的值來選取一條需要執行的字節碼指令。

2、記憶體分配

這部分我們說物件在java堆中是如何分配，佈局和存取的，以及記憶體分配的原則。

物件的建立

我們用new來建立對象，來看看系統運行到new時，虛擬機器在幹嘛。此時的類別就像一塊肉，他要經過層層安檢，才能到達人類的飯桌。第一步：查看在常數池中是否有對應的符號參考。 【在方法區中進行】

第二步：查看此類是否已加載，解析和初始化過。 【在方法區中進行】

第三步：領取新生物件的記憶體。有兩種方式：指標碰撞和空閒列表。 【在堆中進行】

第四步：將分配到的記憶體空間初始化為零值。

第五步：對物件進行必要的設置，例如其是哪個類別的實例，物件的雜湊碼之類的。這些資訊存放在物件的物件頭之中

第六步：如果java程式碼中對物件進行了賦初值，則會進行第六步：執行方法。此方法的作用就是對物件進行初始化。

物件的記憶體佈局

#物件在記憶體中的儲存佈局分為3部分：物件頭實例資料對齊填充

物件頭

物件頭裡面有兩部分資訊：

（1）運行時數據，包括哈希碼，GC分代年齡，鎖狀態標誌等。

（2）類型指針，虛擬機器透過這個指針來決定這個物件是哪個類別的實例。

實例資料

實例資料中存放的是程式碼中定義的各種類型的欄位內容。

對齊填充

對齊填充起的是佔位符的作用，不是必然存在的。其只要保證物件的大小是8位元組的整數倍即可。

物件的存取定位

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建立完物件後，我們就可以使用物件了。使用時，怎麼才能找到想找的對象？有兩種方式：句柄和直接指標

句柄：

句柄存取就是在java堆中分割出一塊記憶體來作為句柄池，句柄中包含了物件實例資料和類型資料各自特定的位址資訊。

直接指標：

直接指標之所以“直接”，是因為它去除了句柄這個中介。所以在速度上比句柄快。在HotSpot虛擬機器中，使用的是這種方式。

說完了物件在java堆中是如何分配，佈局和存取的，接下來我們說說記憶體分配的原則

記憶體分配的原則：

堆大致分為新生代，老年代，永久代。物件的記憶體分配主要分配在新生代的Eden區，少數情況下會直接分配到老年代。分配的規則不是100%固定的，取決於垃圾收集器組合和參數設定等。以下有幾個分配原則可供參考。

（1）物件優先在Eden分配。

（2）大物件直接進入老年代。

（3）長期存活的對象將進入老年代。

（4）動態物件年齡判定。

（5）空間分配擔保。

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