JVM

Java 程序中的内存分配和回收都由 JVM 管理，不支持程序员直接对内存地址进行操作。不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。

内存空间

进程是分配资源的基本单位。除方法区外，所有数据均存放在给进程分配的内存块中。

Java 程序的内存空间主要分为以下几个区域：

方法区

(Method Area) 存放 Java 程序的二进制代码，即类的信息。

在虚拟机启动时直接存入系统内存中，大小只受系统内存的限制。

堆区

(Heap) 存放进程创建的对象实例和数组。

由线程共享，在虚拟机启动时为进程创建，是占用内存最大的区域。

常量池

存放 final 常量、static 变量和方法，以及 String 和部分包装类型的对象（一经赋值不再改变）。

JDK 1.7 后 JVM 将常量池从方法区中移出，改为在堆中开辟空间存放。

栈区

(Stack) 存放线程执行 Java 方法调用的内存数据。线程每执行一个方法都会创建一个栈帧放入栈区，在方法执行结束后弹出。栈帧中储存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。其中局部变量表存放线程和方法的参数、方法中定义的基础类型变量和对象引用。

由线程私有。生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

栈区分为虚拟机栈（执行 java 方法）和本地方法栈（执行 native 方法，底层用 C 实现），但在 HotSpot 虚拟机中两者合二为一。

程序计数器

用来记录线程的运行状态、管理线程的运行。

1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
2. 在多线程的情况下程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够继续运行。

由线程私有。生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

对象的内存分配

分配空间

Hotspot 虚拟机中，对象在内存中分为 3 块区域：对象头、实例数据和对齐填充。

• 对象头负责记录对象信息，包括对象运行数据（哈希码、GC 分代年龄、锁状态标志等）和 类型指针（对象所属的类）。
• 对象起止地址必须是 8 字节整数倍，空余部分将使用对齐填充来补全。

分配过程

在 Java 中创建对象，需要经过以下过程：

Step 1. 类加载检查

JVM 接收到 new 指令，首先检查该类是否在常量池中，然后检查该类是否已被加载、解析和初始化。

如果没有则先加载类，类加载器会将类的字节码文件放入 JVM 解析。Copy to clipboardErrorCopied

Step 2. 分配内存

类加载后，会从 Java 堆中划分一块固定大小的内存区域分配给对象。Copy to clipboardErrorCopied

Step 3. 半初始化

内存分配完成后，虚拟机将对象的实例数据都半初始化为默认值。此时对象已经可用。Copy to clipboardErrorCopied

Step 4. 设置对象头

初始化内存空间后，虚拟机要对对象进行必要的设置，把信息存放在对象头中。Copy to clipboardErrorCopied

Step 5.初始化对象

新的对象已经产生，但所有的字段都为默认值。接下执行 init 方法，将对象的实例数据赋值。Copy to clipboardErrorCopied

Step 6. 建立关联

将对象引用指向创建的对象。该对象可以通过引用被使用。Copy to clipboardErrorCopied

在创建对象的过程中可能会发生指令重排序。如果尚未完全初始化就建立了关联，其他线程读取该对象可能会读取到默认值。

分配方式

内存划分有以下两种分配方式：

• 指针碰撞：（内存规整时） 已使用内存和未使用内存用指针隔开，需要分配内存时将指针移动一定位置。
• 空闲列表：（内存不规整时）虚拟机维护一个列表记录空闲内存块，需要分配内存时选择合适的内存块。

Java 堆是否规整，取决于垃圾收集算法是否整理内存。

常量池内存分配

String 类

String 对象创建后一经赋值不再改变，有以下两种创建方式：

1. 直接赋值：如果常量池没有，则在常量池新建对象。否则直接使用常量池中已有对象，引用指向常量池。
2. 构造方法：如果常量池没有，则在常量池新建对象。无论如何一定会在堆区创建对象，引用指向堆区。

String str1 = "string";                       // 引用指向常量池
String str2 = "str" + "ing";                  // 引用指向常量池

String str3 = new String("string");           // 引用指向堆区
String str4 = str1 + str2;                    // 引用指向堆区

System.out.println(str1 == str2);             // true
System.out.println(str1 == str3);             // falseCopy to clipboardErrorCopied

包装类型

JVM 将部分常用的包装类型数据提前缓存在常量池中，用户创建该类对象时直接在常量池取用，而不用真正新建对象。

• 布尔包装类 Boolean：将全部缓存数据保存在常量池中。
• 字符包装类 Character：将 ASCII 字符(0-127) 数据缓存保存在常量池中。如果是汉字等其他字符仍然会创建对象。
• 整型包装类 Byte/Short/Integer/Long：将数值 [-128，127] 内的数据缓存保存在常量池中。但是超出此范围仍然会去创建新的对象。
• 浮点数类型包装类 Float/Double： 没有实现常量池技术。

内存过载

随着 Java 程序的使用，所占用和分配的内存将会越来越大。如果 JVM 已无法分配足够的内存，将会抛出 OutOfMemoryError 导致程序崩溃。

同时为了更合理地使用内存，Java 会由虚拟机对堆区内存空间自动进行垃圾回收。