jvm-运行时数据区

1. 运行时数据区包括什么？

2.说说你对程序计数器的理解

程序计数器（Program Counter Register）是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。在Java虚拟机的概念模型里，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，它是程序控制流的指示器，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。 由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何 一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指 令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数 器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。 如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地 址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。此内存区 域是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.说说你对java堆的理解

对于Java应用程序来说，Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是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，Java世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。 Java堆既可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的Java虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过参数-Xmx和-Xms设定）。如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。

• 堆大小 = 新生代 + 老年代。堆的大小可通过参数–Xms（堆的初始容量）、-Xmx（堆的最大容量） 来指定。
• 其中，新生代 (Young) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域，这两个 Survivor 区域分别被命名为 from 和 to，以示区分。默认的，Edem : from : to = 8 : 1 : 1 。(可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 。 即： Eden = 8/10 的新生代空间大小，from = to = 1/10 的新生代空间大小。
• JVM 每次只会使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务，所以无论什么时候，总是有一块 Survivor 区域是空闲着的。(后续校长给你们搞的非常深入，包括我们的 s0 和 s1的角色替换问题，垃圾收集。)

新生代实际可用的内存空间为 9/10 (即 90%) 的新生代空间。

3. 方法区主要是存储什么数据的

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型信息、常 量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。 说到方法区，不得不提一下“永久代”这个概念，尤其是在JDK 8以前，许多Java程序员都习惯在HotSpot虚拟机上开 发、部署程序，很多人都更愿意把方法区称呼为“永久代”（Permanent Generation），或将两者混为一谈。本质上 这两者并不是等价的，因为仅仅是当时的HotSpot虚拟机设计团队选择把收集器的分代设计扩展至方法区，或者说 使用永久代来实现方法区而已，这样使得HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存，省去专门 为方法区编写内存管理代码的工作。 到了JDK 8，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Meta-space）来 代替，把JDK 7中永久代还剩余的内容（主要是类型信息）全部移到元空间中。 《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者 可扩展外，甚至还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域的确是比较少出现的，但并非 数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型 的卸载，一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的 回收有时又确实是必要的。

4. 运行时常量池与 Class文件结构的常量池有什么区别和联系？

运行时常量池（Runtime Constant 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表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与 符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只有编 译期才能产生，也就是说，并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间 也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。 既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OOM异常。

5. 什么是直接内存？是运行时数据区的一部分吗？

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。 在JDK 1.4中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通 道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库 直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能， 因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

6. 说说下JVM堆内存中对象的内存布局 ？

• 在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding） 。 HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。第一类是用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码 （HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在 32位和64位的虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32个比特和64个比特，官方称它为“Mark Word”。对象需要存 储的运行时数据很多，其实已经超出了32、64位Bitmap结构所能记录的最大限度，但对象头里的信息是与对象自 身定义的数据无关的额外存储成本，考虑到虚拟机的空间效率，Mark Word被设计成一个有着动态定义的数据结 构，以便在极小的空间内存储尽量多的数据，根据对象的状态复用自己的存储空间。例如在32位的HotSpot虚拟 机中，如对象未被同步锁锁定的状态下，Mark Word的32个比特存储空间中的25个比特用于存储对象哈希码，4 个比特用于存储对象分代年龄，2个比特用于存储锁标志位，1个比特固定为0。对象头的另外一部分是类型指针， 即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。

• 接下来实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字段内 容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来。这部分的存储顺序会受到 虚拟机分配策略参数（-XX：FieldsAllocationStyle参数）和字段在Java源码中定义顺序的影响。 HotSpot虚拟机默认的分配顺序为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops （Ordinary Object Pointers，OOPs），从以上默认的分配策略中可以看到，相同宽度的字段总是被分 配到一起存放，在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果HotSpot 虚拟机的+XX：CompactFields参数值为true（默认就为true），那子类之中较窄的变量也允许插入父类 变量的空隙之中，以节省出一点点空间。

• 对象的第三部分是对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。 由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是任何 对象的大小都必须是8字节的整数倍。 对象头部分已经被精心设计成正好是8字节的倍数（1倍或者2 倍），因此，如果对象实例数据部分没有对齐的话，就需要通过对齐填充来补全。

7. 64位Jvm，new Object（）新创建的对象在Java中占用多少内存？

markword 8 字节，因为 java 默认使用了 calssPointer 压缩，classpointer 4 字节，对象实例0字节， padding 4 字节 因此是 16 字节 如果没开启 classpointer 默认压缩，markword 8 字节，classpointer 8 字节，对象实例0字节，padding 0 字节 也是 16 字节。

8.java对象是怎样访问定位的？

• 对象访问方式是由虚拟机实现而定的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种：

• 如果使用句柄访问的话，Java堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息，其结构如图

使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址，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本身不需要被修改。

• 如果使用直接指针访问的话，Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销，如图柄地址，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本身不需要被修改。

使用直接指针来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，由于对象访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项极为可观的执行成本，就本书讨论的主要虚拟机HotSpot而言，它主要使用第二种方式进行对象访问