對於 Java 程序員來說，在 JVM 自動內存管理機制的幫助下，不再需要爲每一個 new 操作去寫對應的 delete/free 代碼，不容易出現內存泄露和內存溢出的問題。不過正因如此，如果不瞭解虛擬機是怎樣使用內存的，一旦出現內存泄露和內存溢出的問題，那麼排查錯誤將會非常艱難。
一. 內存區域
虛擬機在執行 Java 程序的過程中會把它管理的內存劃分爲若干個不同的數據區域，這些區域各司其職
1. 線程私有
下面這 3 個區域都是線程私有的區域，每個線程獨佔一份
（1）程序計數器
- 當前線程所執行的字節碼的行號指示器
- 通過改變計數器的值來選取下一條執行的字節碼指令
- 幫助完成分支，循環，跳轉，異常處理，線程恢復等基礎功能
- 多線程環境中，爲了正常完成線程的切換，使得各個線程能恢復到正確的執行位置，因此每條線程都需要一個程序計數器
- 唯一一個不會出現 OutOfMemoryError 情況的區域
（2）虛擬機棧
- 每個方法執行時都會創建一個棧幀，當方法被調用，棧幀入棧，方法執行完成，出棧
- 每個棧幀存儲局部變量表，操作棧，動態鏈接，方法出口等
- 局部變量表存儲了當前方法的局部變量，包括基本數據類型，對象引用（指針）以及 returnAddress 類型（指向一條字節碼指令的地址）
- 可能出現的兩種異常：
StackOverflowError：棧溢出，線程請求的棧深度大於虛擬機允許的深度
OutOfMemoryError：內存溢出，如果虛擬機棧可以動態擴展，那麼如果擴展時無法申請到足夠的內存，則拋出異常
（3）本地方法棧
- 作用，運行機制，異常類型等與虛擬機棧相同
- 爲 native 方法服務
- 很多虛擬機中，本地方法棧和虛擬機棧合二爲一
2. 線程共享
下面兩個爲線程共享的區域
（4）堆
- 虛擬機管理的內存中最大的一塊
- 存放對象實例
- 垃圾回收器管理的主要區域，也被稱爲 GC 堆，並因此可以細分爲新生代和老年代
- 可以處於不連續的空間中
- 當沒有內存完成實例分配，堆也無法擴展時，拋出 OutOfMemoryError
（5）方法區
- 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
- 垃圾回收行爲在這個區域很少出現，因此也被稱作爲“永久代”
值得注意的是，從 Java 8 開始，方法區被移除，取而代之的是一個叫元空間（Metaspace）的區域
（6）運行時常量池
- Java 6 及之前屬於方法區的一部分；Java 7 後被移入堆區域
- 存放編譯器生產的各種字面量和符號引用，在類加載時期存入運行時常量池
二. 瞭解 Java 對象
1. 對象的創建
對象的創建過程中有以下幾大步驟：
（1）類加載檢查
當虛擬機遇到一個 new 指令，說明要創建對象了；但在創建對象之前，會先去檢查這個類是否已經加載過，解析和初始化過，如果沒有，則先執行類加載過程
（2）分配內存
在堆中劃分出一塊確定大小的內存，分配方式有兩種
分配方法
- 指針碰撞：使用這種方法，堆內存必須是規整的（用過的放一邊，空閒的放一邊），然後中間放一個指針作爲分界點。分配內存時只需要將指針挪一段與對象大小相等的距離即可
- 空閒列表：如果堆內存不規整，就只能使用空閒列表法了。JVM 維護一個列表來記錄內存塊的使用情況；分配時找到一塊足夠大的空間劃分給對象然後更新表記錄即可
保證線程安全
爲了保證線程安全，避免同一塊區域同時分配給多個對象，通常使用兩種方法
- CAS：每當要寫入數據時，先比較當前值（工作內存）與主內存中的值是否一致，是則進行寫入，否則重新獲取值
- TLAB：每個線程預先分配一小塊內存，稱爲本地線程分配緩衝（TLAB）；如果某個線程的 TLAB 用完，需要分配新的 TLAB，這些則需要進行同步鎖定
（3）初始化零值
將分配到的內存空間都初始化爲零值；這樣可以使得對象在代碼中不賦初始值就直接使用
public class Person {
int age;
public static void main(String[] args) {
Person person = new Person();
System.out.println(person.age);
}
}
類似這樣的情況，age 被默認賦值爲 0
（4）設置對象頭
將類的自身運行時數據（HashCode，GC 分代年齡，鎖狀態標誌等）；類型指針（指向類元數據，確定是哪個類的實例）存放在對象頭中
（5）執行 init 方法
前面幾步完成後，對於虛擬機，一個新對象已經產生了，但對於 java 程序，需要執行 init 方法後，一個真正的對象才完全產生出來
二. 對象的內存佈局
堆裏面存放的是對象實例，對象實例由三個部分組成
- 對象頭：存儲自身運行時數據（HashCode，GC 分代年齡，鎖狀態標誌等）；類型指針，指向類元數據（確定是哪個類的實例）
- 實例變量：記錄對象的各種屬性數據信息
- 填充數據：用於對齊字節（JVM 對對象起始地址的字節數有要求，是8字節的整數倍
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