JVM 内存区域介绍

Java 相较于 C++ 具有内存自动管理功能。内存管理是个宽泛的概念，它既指实例化对象时的内存分配，又指 GC 回收无用的类、对象、变量等。随着 JVM 不断发展，JVM 内存区也在不断变化，这些变化在 Java 语言层面感知不到，因为字节码屏蔽了底层实现。了解 JVM 内存区域是深入学习 Java 的第一步，今天总结一下。

JVM 是《Java 虚拟机规范》的实现

《Java 虚拟机规范》定义了 Java 字节码规范及实现 Java 的注意事项，而 JVM 是它的具体实现，它们是一对多的关系，很多公司（Sun、IBM、Red Hat、甲骨文）都对它有具体的实现。刚刚提到“随着 Java 语言的发展，Java 内存区域不断变化”这句话不太严谨：不同 JVM 在内存管理、内存区域划分上都存在差异，每个都有其特点。

JVM 内存区域划分

一般我们把内存区域划分为如下几个：

从上图我们可以清晰地看到堆、方法区、直接内存（又称堆外内存）都是共享的，共享的意思是可以被多个线程访问和使用，而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的，而且每个线程都有自己的一份。

下面介绍各个区域的作用及存放的数据。

• 堆：heap，这是 Java 主要存放对象数据的地方，它是一块共享的数据区域，多个线程可以访问，同时堆也是 GC 主要管理的区域。
  • 在 Hotspot 虚拟机中，堆被划分成了年轻代（young generation）和老年代（old generation），如下图：
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• 方法区：方法区用来存放类信息、常量、静态变量，常量池也在方法区。
• 虚拟机栈：Java Virtual Machine Stack，虚拟机栈用来存放方法的入栈信息，每个入栈的方法称为栈帧（Stack Frame），栈帧记录方法的信息、局部变量表、返回值信息。其中局部变量表存储的主要为基本数据类型（char、short、int、long、float、double）和引用（reference）。在 JDK 7+ 移除了方法区，改为了元数据（Meta Data）。
• 本地方法栈：Native Method Stack，本地方法栈存储调用操作系统的方法，这些方法由 C/C++ 实现，调用时要通过 JVM 调用。在 HotSpot 虚拟机中，虚拟机栈和本地方法栈合并到了一起。
• 程序计数器：用于 JVM 执行字节码时记录程序执行位置。
• 直接内存：direct memory，直接内存不属于运行时数据区，但它被 JVM 所管理，在 Java 中通过 NIO 的 DirectByteBuffer 创建对象，就作为了这块直接内存的管理对象。

对象的内存布局

对象的组成部分。

• 对象头：header / mark word，这是记录对象 hash 码、分代年龄、锁标志等信息的地方，数据长度为 32 位或 64 位，如果 JVM 开启头部压缩就是 32 位。
• 数据区用来存放对象数据。
• 对齐：一个对象必须为 8 字节的整数倍，如果不足则填入空字节补齐。

对象的访问

对比&区别：

• 基于句柄的对象访问，需要先访问一次句柄才能访问到对象，但是句柄确保了引用指向不为 null，因此引用的状态比较稳定。其缺点是访问比较慢。
• 直接访问方式，是引用直接指向对象，如果未初始化，引用指向为 null，其优点是访问比较快，HotSpot 虚拟机就是使用直接对象访问的方式。

（本文完）