2.1：概述
對於從事C、C++程序開發的開發人員來說，對象的新建內存區域和銷燬內存區域(new和delete)都是由程序員手動調用的。java的內存管理是由虛擬機自動執行的。一旦出現內存泄漏和溢出方面的問題，如果不瞭解虛擬機是怎樣使用內存的，那麼排查錯誤將會成爲一項異常艱難的工作。
2.2:.運行時的數據區域
程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它可以看作是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區域爲“線程私有”的內存
Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命週期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法在執行的同時都會創建一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。
本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，它們之間的區別不過是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則爲虛擬機使用到的Native方法服務。在虛擬機規範中對本地方法棧中方法使用的語言、使用方式與數據結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啓動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這裏分配內存。這一點在Java虛擬機規範中的描述是：所有的對象實例以及數組都要在堆上分配，但是隨着JIT編譯器的發展與逃逸分析技術逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那麼“絕對”了。
Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好國內沒翻譯成“垃圾堆”）。從內存回收的角度來看，由於現在收集器基本都採用分代收集算法，所以Java堆中還可以細分爲：新生代和老年代；再細緻一點的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。從內存分配的角度來看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩衝區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。不過無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區域，存儲的都仍然是對象實例，進一步劃分的目的是爲了更好地回收內存，或者更快地分配內存。在本章中，我們僅僅針對內存區域的作用進行討論，Java堆中的上述各個區域的分配、回收等細節將是第3章的主題。
根據Java虛擬機規範的規定，Java堆可以處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內存完成實例分配，並且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用於存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。雖然Java虛擬機規範把方法區描述爲堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應該是與Java堆區分開來。運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載後進入方法區的運行時常量池中存放。（String類的intern()方法）。
直接內存：直接內存（Direct Memory）並不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是Java虛擬機規範中定義的內存區域
線程共享區域：堆，方法區（又稱永久代）
接下來是指hotspot虛擬機
2.3.對象的創建過程
User user = new User();
第一步：檢查這個指令的參數是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，並且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過,沒有則進行第二步步。否則進行第三步。
第二步：通過類的全限定名（可以使class,數據庫,動態生成（代理類）等）得到二進制字節流，並根據此在方法區中開闢相應數據結構的內存。
第三步：在java堆中開闢內存生成該對象。
假設Java堆中內存是絕對規整的，所有用過的內存都放在一邊，空閒的內存放在另一邊，中間放着一個指針作爲分界點的指示器，那所分配內存就僅僅是把那個指針向空閒空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離，這種分配方式稱爲“指針碰撞”（Bump the Pointer）；如果Java堆中的內存並不是規整的，已使用的內存和空閒的內存相互交錯，那就沒有辦法簡單地進行指針碰撞了，虛擬機就必須維護一個列表，記錄上哪些內存塊是可用的，在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例，並更新列表上的記錄，這種分配方式稱爲“空閒列表”（Free List）。選擇哪種分配方式由Java堆是否規整決定，而Java堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。因此，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時，系統採用的分配算法是指針碰撞，而使用CMS這種基於Mark-Sweep算法的收集器時，通常採用空閒列表。
除如何劃分可用空間之外，還有另外一個需要考慮的問題是對象創建在虛擬機中是非常頻繁的行爲，即使是僅僅修改一個指針所指向的位置，在併發情況下也並不是線程安全的，可能出現正在給對象A分配內存，指針還沒來得及修改，對象B又同時使用了原來的指針來分配內存的情況。解決這個問題有兩種方案，一種是對分配內存空間的動作進行同步處理——實際上虛擬機採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；另一種是把內存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進行，即每個線程在Java堆中預先分配一小塊內存，稱爲本地線程分配緩衝（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪個線程要分配內存，就在哪個線程的TLAB上分配，只有TLAB用完並分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。虛擬機是否使用TLAB，可以通過-XX:+/-UseTLAB參數來設定。
第四步：將該內存的引用放入棧
2.4.對象的內存佈局
總共分爲三部分：對象頭（Header）、實例數據（Instance Data）和對齊填充（Padding）。
對象頭：包括兩部分，第一部分爲存儲對象自身的運行時數據，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態標誌、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等，又稱爲mark word.另外一部分是類型指針，即對象指向它的類元數據的指針，虛擬機通過這個指針來確定這個對象是哪個類的實例。如果對象是一個Java數組，那在對象頭中還必須有一塊用於記錄數組長度的數據
實例數據：對象真正存儲的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內容。
對齊填充：並不是必然存在的，也沒有特別的含義，它僅僅起着佔位符的作用。由於HotSpot VM的自動內存管理系統要求對象起始地址必須是8字節的整數倍
2.5.java的引用是什麼（對象的訪問定位）
Java程序需要通過棧上的reference數據來操作堆上的具體對象，對象訪問方式也是取決於虛擬機實現而定的，主流方式有兩種：
句柄訪問：那麼Java堆中將會劃分出一塊內存來作爲句柄池，reference中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息
指針訪問：那麼Java堆對象的佈局中就必須考慮如何放置訪問類型數據的相關信息，而reference中存儲的直接就是對象地址，hotspot使用的是這種
2.6.java OutOfMemoryError異常
在Java虛擬機規範的描述中，除了程序計數器外，虛擬機內存的其他幾個運行時區域都有發生OutOfMemoryError（下文稱OOM）異常的可能
第一：java堆溢出
Java堆用於存儲對象實例，只要不斷地創建對象，並且保證GC Roots到對象之間有可達路徑來避免垃圾回收機制清除這些對象，那麼在對象數量到達最大堆的容量限制後就會產生內存溢出異常。
測試詳細過程：
在eclipse的run as ->run configurations的arguments中的vm auguments中配置：
-Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
（-Xms20m最小內存20m，-Xmx20m最大內存20m，XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError讓虛擬機在出現內存溢出異常時Dump出當前的內存堆轉儲快照，快照會生成到項目下）
（略）見項目測試代碼com.xue.demo.jvmStudyDemo.OutOfMemoryError異常包下的Java堆溢出.java
2.7.虛擬機棧和本地方法棧溢出
StackOverflowError
由於在HotSpot虛擬機中並不區分虛擬機棧和本地方法棧，因此，對於HotSpot來說，雖然-Xoss參數（設置本地方法棧大小）存在，但實際上是無效的，棧容量只由-Xss參數設定。
操作系統分配給每個進程的內存是有限制的，譬如32位的Windows限制爲2GB。虛擬機提供了參數來控制Java堆和方法區的這兩部分內存的最大值。剩餘的內存爲2GB（操作系統限制）減去Xmx（最大堆容量），再減去MaxPermSize（最大方法區容量），程序計數器消耗內存很小，可以忽略掉。如果虛擬機進程本身耗費的內存不計算在內，剩下的內存就由虛擬機棧和本地方法棧“瓜分”了。每個線程分配到的棧容量越大，可以建立的線程數量自然就越少，建立線程時就越容易把剩下的內存耗盡。
2.8.方法區和運行時常量池溢出
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
2.9 本機直接內存溢出