Java内存原理
一、JVM运行时数据区
分别解析一下运行时数据区
- 线程共享内存区域
方法区: 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、即时编译器编译后的代码等数据。常量池也属于方法区的一部分，比如String常量池。
堆: Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。但随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化发生，所有的对象都分配在堆上也渐渐变得不是那么“绝对”了。java堆是垃圾收集器管理的主要区域，也叫“GC堆” - 线程独有的几块
程序计数器：pc
本地方法栈: native 与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出 StackOverflowError和OutofMemoryError
虚拟机栈:生命周期和线程相同，它描述的是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、操作数栈、动态链接、方法 出口等信息。每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栈中入栈到出栈的过程。存储的局部变量编译可知的各种基本数据类型(boolean,byte,char,short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)
二、对象的创建、内存分布、访问
（讨论的对象限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等）
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应用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有必须先执行相应的类加载过程(下篇文章讲一下类的加载过程)。加载检查通过之后，分配内存。
规整分配内存方式“指针碰撞”(Bump the Pointer)需要堆内存中有一块连续的内存。
还一种是不规整分配为“空闲列表”(Free List)，需要维护一个列表，记录内存块的使用情况。
Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定的。
除如何划分可用空间之外，还有另外一个需要考虑的问题是对象创建在虚拟机是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没有来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针分配内存的情况。解决这个问题有两种方案
一种是对分配内存空间的动作进行同步处理—实际上虚拟机采用CAS配上失败的重试方式保证更新操作的原子性
另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer,TALB)。哪个线程要分配内存就在哪个线程的TLAB上分配，只要TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。
接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头(Object Header)之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。
在上面工作都完成之后，从虚拟机的视角看，一个新的对象已经产生了，但从Java程序的视角来看，对象的创建才刚刚开始—方法还没有执行，所有的字段都还是零。所以，一般来说(由字节码是否跟随invokespecial指令所决定),执行new 指令之后会接着执行方法，把对象安装程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算安全产生出来。
内存布局:
- 对象头 GC标记、元数据、可偏向、轻量级或重量级锁定等32位或64虚拟机分别是32bit,64bit
对象头的另外一部分是类型指针、即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身。另外，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据，因为虚拟机可以通过普通Java对象的元数据信息确定java对象的大小，但是从数组的元数据中却无法确定数组的大小。 - 实例数据 真正的存储的有效信息，程序代码中所定义的各种类型字段内容。无论是从父类继承下来的，还是子类中定义的，都需要记录起来。这部分分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。从分配的策略来看，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出现在子类之前。如果compactFields参数为true（默认true）那么子类中比较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙中。
- 对齐填充 不是必然存在的 占位符
对象访问：
栈上的reference通过两种方式访问对象，使用哪一种取决于虚拟机的实现。 - 句柄访问
- 直接指针访问
- 利弊:使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动(垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为)时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改
使用直接访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于访问的对象Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项非常可观的执行成本
三、OutofMemoryError、StackOverflowError
- 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出StackOverflowError异常
比如递归函数的栈溢出 - 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
比如数组太大导致的溢出 - 方法区和运行时常量池溢出
String.intern()将字符串放入常量池中，并返回常量String对象引用，如果这个持续增加导致常量池溢出，我们应该多使用StringBuffer，而不是使用常量池字符串拼接。
方法区用于存放Class的相关信息如类名、访问修饰符、常量池、字符描述、字段描述、方法描述等。对于这些区域的测试，基本思路是运行时产生大量类的填满方法区，直到溢出。
这方面的溢出会有Java.outOfMemoryError:PermGen space字样 - 本机直接内存溢出
由DirectMemory导致的内存溢出，一个明显的特征是在Heap Dump文件中不会看见明显的异常，如果读者发现OOM之后Dump文件很小，而程序中又直接或间接使用了NIO那就可以考虑检查一下是不是这方面的原因。
