运行时数据区域

Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把所管理的内存区域分成如下区域：

程序计数器

一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

每个线程都有一个独立的程序计数器，每个计数器互不影响，独立存储，这类内存区域是线程私有内存。

Java 虚拟机栈

与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Vir-tual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是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）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一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。

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

虚拟机栈是为 Java 方法服务的，本地方法栈是为 native 方法服务的。

Java 堆

heap 是内存管理中最大的一个内存区域。

基本上所有对象实例都在堆中分配内存。

但是随着JIT编译器的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、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。

GC 主要回收的区域就在 heap 上。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个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。

运行时常量池

Runtime Constants Pool 是方法区的一部分。

Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。

对象

对象的创建

虚拟机遇到一个 new 指令，首先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引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析过。没有的话就会先加载、解析。

然后为新生对象分配内存。

分配内存是随机分配一款区域，所以 heap 中空闲内存和已用内存纵横交错。这种情况虚拟机要维护一个空闲列表 (Free List)，记录哪些区域是可以用的，分配时从表中查出一块足够大的区域给新生对象。

如果垃圾回收器带压缩功能，可以把 heap 压缩，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”（Bump the Pointer）。

分配时多线程会有并发问题，避免并发：

对每次分配进行同步
为每个线程分配 TLAB(Thread Loal Allocation Buffer) 缓存

分配完内存后，把内存空间初始化零值，保证了对象实例中的字段不赋值就有初始值。

然后对对象进行必要的设置，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。这些信息存在对象头中。

执行 new 指令后会接着执行 init 方法，按程序员的意愿进行初始化。对象才完全创建完毕。

内存布局

对象在内存中存储的布局分为 3 块：

对象头(Header)
实例数据(Instance Data)
对齐填充(Padding)

Hotspot 的 Header 包括：

HashCode
GC 分代年龄
锁状态标志
线程持有的锁
偏向线程 ID
偏向时间戳

对象的访问定位

通过句柄访问对象:

通过指针访问对象：

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。

使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。

Hotspot 使用的是指针。