第2章-java内存区域和内存溢出异常

第一节：内存概述

• 概要：通常情况，jvm规范把内存分成了，
• 堆栈、堆、方法区。

前置知识

• 在单核单线程cpu的情况下：
  • 1、cpu调度，最小执行单元是线程， 进程是资源分配的最小单元。
  • 2、cpu把一小段时间，分成N个时间片段，然后调度线程，也就造成了在瞬时情况下，只有一个线程执行。
• 多核cpu
  • 2、所以对于线程而已，只有cpu指令集，栈，程序计数器是私有的。

jvm运行时数据区示意图

一、程序计数器：

• 1、cpu核心在同一时间只能调度一条线程，线程来回切换，尤其是在多核的情况下，所以就有了程序计数器来记录当前线程执行到了哪里
• 2、 程序计数器是一块较小的内存空间，记录执行行号，执行分支等等
• 3、线程恢复等等
• 4、执行navtive方法的话，那么就是undefined
• 5、在jvm规范中，唯一一个没有规定outofmonery的地方

二、虚拟机堆栈

• 1、栈是线程独有，当线程结束的时候，栈也会随之销毁
• 2、每次执行一个方法的时候就会创建一个栈帧（stack Frame），并且把这个栈帧压栈
• 3、栈帧中包含：局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等等
  • 局部变量表（也是常说的局部变量，对象引用）：局部变量，对象引用，引用地址
• 4、本地方法栈，hotspot把本地方法栈和虚拟机栈合并在了一起

三、堆

• 1、不一定是物理上的连续空间，逻辑上的即可和硬盘是一个道理
• 2、存储java生成的对象，也是gc处理的主要区域
• 3、运行时方法区（规范中逻辑上划给了堆）

四、运行时方法区

• 1、hotspot中，将运行时，方法区放入到了堆中，认为是永生代，这样就造成了，在方法区中卸载类信息，容易maxPerSize。
• 2、类加载信息，常量，静态变量，及时编译器编译后的代码。
• 3、运行时常量池
  • 存放编译期，生成的各种字面量和符号引用

五、本机直接内存（并不属于运行时数据区）

• 1、基于管道和缓冲区的i/o方式，可以直接native函数库直接分配堆外内存，通过一个存储在堆内的DirectByteBuffer对象，作为这块内存的引用进行操作，即为NIO（New input/output）
• 2、本机直接内存不会受到java堆大小的限制,但是会受到操作系统的限制

第二节：hotspot虚拟机对象

一、对象的创建

• 概要：主要讨论堆中对象的创建，但是不包括数组和类对象。

1、New指令发生了什么？

• 首先检测方法区常量池中，有没有class相关的引用，该class有没有加载相关的信息（被加载、解析、初始化）。如果没有加载，那么就加载class相关信息。

2、分配内存

• class加载完成后，会为为对象在新生代中，分配内存，分配内存根据GC回收算法不同采用的分配方式也不相同。
• serial和parNew等compact过程算法：
  • 指针碰撞，用过的内存放于一侧，没有用过的内存放于另一侧，中间放一个指针作为指示器。
  • 因为这两种算法，都是基于标记--整理算法，会把堆内存空间整理成绝对规整的空间。
  • 每次在创建对象的时候，只要把指针向空闲空间那边移动和对象大小相同的空间即可。
• CMS等Mark-sweep算法：
  • 空闲列表，记录哪块空间是可用的，并记录大小，为新对象分配内存
  • 对象在内存中并不是规整的空间，而是使用过的空间和未使用的空间相互交错
  • cms采用的是吞吐最优，所以他没有整理空间。

3、多线程创建对象：

• A线程在创建对象时，移动指针，但是B对象同时也想拥有该空间，移动指针。那么这个指针本身本身不是线程安全的。两种方式：
• 1、对内存空间同步处理：虚拟机使用CAS+失败重试机制，保证原子性。
• 2、预先给每个线程预先分配好一小块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB），当使用完TLAB以后，才需同步锁定。
• 虚拟机设置对象：
• 设置Object Header:对象是哪个类的实例(类型指针)，对象的hash code，如何才能找到类的元数据，GC分代年龄信息。
• 已完成虚拟机对类和对象信息内容处理。
• 执行init方法，根据构造器，创建对象

二、对象内存布局

• 概述：对象在堆中：对象头（Header），实体数据(Intence Data)，还有对齐填充（Padding）

运行时对象结构示意

1、对象头(Header)

• 对象运行时数据（Mark World）
  • HashCode，GC年龄分代，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程ID和偏向时间戳等。
  • Mark World被设计成一个非固定的数据结构，不同的情况下，使用的内存大小是不同的，提高了内存利用率。
• class类型指针
  • 虚拟机通过这个指针标识这个对象是方法区中的哪个类的实例。
  • 并不是所有的虚拟机实现都保留了class类型指针（句柄池），换句话说查找对象不一定通过对象本身。（hotspot是保留了类型指针的）
• java为数组类型
  • 对象头中必须保留数组长度的信息。
  • 因为普通java对象可以通过元数据确定大小，但是数组不行。

2、实例数据（Instance Data）

• 保存对象的真正有用的信息，程序中定义的类型的字段信息（包括父类和自己的）。
• 字段的存储顺序会受到分配策略参数和字段在java源码中定义顺序影响
  • hotspot默认参数分配策略：longs/doubles、ints、short/chars、bytes/booleans、oop(ordinary object Pinters) ,相同宽度的字段总是被分在一起。

3、对齐填充

• 并不是一定存在，对齐填充，仅仅是为了给对象占位。
• hotspot要求对象占位必须是8byte的整数倍，对象头是8byte的整数倍，所以当Instance Data不是8的倍数的时候，就要padding补齐

三、对象访问

• 概要：虚拟机规范只是规定了，栈帧中局部变量表中的reference类型指向堆中对象，没有规定，该以何种方式去定位、访问这个对象。目前有两种方式，一种是句柄访问、一种是直接指针。（牵扯reference类型，对象实例，class类型）

对象访问示意图

1、句柄访问（obj header中就没放class类型指针）

• 堆中划分出一块区域，作为句柄池。
• 栈帧局部变量表中reference保存的就是句柄池中对象的句柄地址。
• 句柄地址中，分别指向了obj实例数据和类型数据各自的具体地址。

2、直接指针（hotspot）

• 栈帧局部变量表中reference类型，保存的就是对象在堆中的具体地址
• obj Header中类型指针直接指向了方法区中class类型