java記憶體管理

1. 執行時資料區域

Java虛擬機器在執行Java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域。這些區域都有各自的用途，建立以及銷燬時間，有的區域隨著虛擬機器程序的啟動而存在，有些區域則是依賴使用者執行緒的啟動和結束而建立和銷燬。

1.1 程式計數器

程式計數器（Program Counter Register）是一塊較小的記憶體空間，它的作用可以看做是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。在虛擬機器的概念模型裡（僅是概念模型，各種虛擬機器可能會通過一些更高效的方式去實現），位元組碼直譯器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令，分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間的計數器互不影響，獨立儲存。
此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

1.2 棧（Java虛擬機器棧）

與程式計數器一樣，Java虛擬機器棧（Java Virtual Machine Stacks）也是執行緒私有的，它的生命週期與執行緒相同。虛擬機器棧描述的是Java方法執行的記憶體模型：

每個方法被執行的同時會建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變量表、操作棧、動態連結、方法出口等資訊。每一個方法被呼叫直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機器棧中從入棧到出棧的過程。

該區域在無法申請到足夠記憶體時會丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

1.3 本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機器棧所發揮的作用是非常相似的，其區別不過是虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機器使用到的Native方法服務。虛擬機器規範中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與資料結構並沒有強制規定，因此具體的虛擬機器可以自由實現它。

會丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

1.4 堆

對於大多數應用來說，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊

但是隨著JIT編譯器的發展與逃逸分析技術的逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的物件都分配在堆上也漸漸變得不是那麼“絕對”了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。如果從記憶體回收的角度看，如果從記憶體回收的角度看，由於現在收集器基本都是採用的分代收集演算法，所以Java堆中還可以細分為：新生代和老年代；再細緻一點的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。

會出OutOfMemoryError異常。

1.5 方法區

方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個執行緒共享的記憶體區域，它用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。雖然Java虛擬機器規範把方法區描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應該是與Java堆區分開來。

這個區域的記憶體回收目標主要是針對常量池的回收和對型別的解除安裝，一般來說這個區域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是型別的解除安裝，條件相當苛刻。

會丟擲OutOfMemoryError異常。

1.5.1 執行時常量池

執行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述等資訊外，還有一項資訊是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類載入後存放到方法區的執行時常量池中。具備動態性（如String類的intern()方法）。

會受到方法區記憶體的限制，當常量池無法再申請到記憶體時會丟擲OutOfMemoryError異常。

2. 物件訪問

在Java語言中，物件訪問是如何進行的？
物件訪問在Java語言中無處不在，是最普通的程式行為，但即使是最簡單的訪問，也會卻涉及Java棧、Java堆、方法區這三個最重要記憶體區域。

如：

Object obj = new Object();

假設這句程式碼出現在方法體中
1. 那“Object obj”這部分的語義將會反映到Java棧的本地變量表中，作為一個reference型別資料出現。
2. 而“new Object()”這部分的語義將會反映到Java堆中，形成一塊儲存了Object型別所有例項資料值的結構化記憶體，這塊記憶體的長度是不固定的。
3. 在Java堆中還必須包含能查詢到此物件型別資料（如物件型別、父類、實現的介面、方法等）的地址資訊，這些型別資料則儲存在方法區中。

3. 常量池分類

3.1 全域性字串池

string pool也有叫做string literal pool

全域性字串池裡的內容是在類載入完成，經過驗證，準備階段之後在堆中生成字串物件例項，然後將該字串物件例項的引用值存到string pool中（string pool中存的是引用值而不是具體的例項物件，具體的例項物件是在堆中開闢的一塊空間存放。），只有一份， 被所有類，所有執行緒共享。

3.2 Class檔案常量池

.java檔案被編譯為.class檔案時產生。存在於檔案中。
class檔案中除了包含類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊就是常量池(constant pool table)，用於存放編譯器生成的各種字面量和符號引用。

字面量就是我們所說的常量概念，如文字字串、被宣告為final的常量值等。 符號引用是一組符號來描述所引用的目標，符號可以是任何形式的字面量，只要使用時能無歧義地定位到目標即可

一般包括下面三種：
1. 類和介面的全限定名
2. 欄位的名稱和描述符
3. 方法的名稱和描述符

3.3 執行時常量池

runtime constant pool
當java檔案被編譯成class檔案之後，也就是會生成我上面所說的class常量池，那麼執行時常量池又是什麼時候產生的呢？

jvm在執行某個類的時候，必須經過載入、連線、初始化，而連線又包括驗證、準備、解析三個階段。而當類載入到記憶體中後，jvm就會將class常量池中的內容存放到執行時常量池中，由此可知，執行時常量池也是每個類都有一個。

class常量池中存的是字面量和符號引用，也就是說他們存的並不是物件的例項，而是物件的符號引用值。而經過解析之後，也就是把符號引用替換為直接引用，解析的過程會去查詢全域性字串池，也就是我們上面所說的StringTable，以保證執行時常量池所引用的字串與全域性字串池中所引用的是一致的。

3.4 小結

全域性字串池在每個JVM中只有一份，存放的是字串常量的引用值。

class常量池是在編譯的時候每個class都有的，在編譯階段，存放的是常量的符號引用。

執行時常量池是在類載入完成之後，將每個class常量池中的符號引用值轉存到執行時常量池中，也就是說，每個class都有一個執行時常量池，類在解析之後，將符號引用替換成直接引用，與全域性常量池中的引用值保持一致。

4. 8種基本型別的包裝類與常量池

Java中基本型別的包裝類大部分實現了常量池技術，這些類是：Byte Short Integer Long Character Boolean，另外兩個浮點型別的包裝類則沒有實現。另外Byte、Short、Integer、Long、Character這5種包裝類也只有在對應的值小於127時才能使用常量池。String也實現了常量池技術。

JVM 會自動維護八種基本型別的常量池，int常量池中初始化有* -128~127 *的數值（只維護-128~127的數值，範圍外的不放在常量池中），所以當Integer=127時，在自動裝箱過程中是取常量池中的數值，當Integer=128時，不在範圍內，所以會new一個物件，而不是從常量池中返回。