Java內存模型詳解

時間 2019-12-04

標籤 java 內存模型詳解欄目 Java 简体版

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借用一句話：Java與C++之間有一堵內存動態分配和垃圾收集技術圍成的高牆，牆外面的人想進來，牆裏面的人卻想出去。java

一.咱們爲何要了解JAVA內存

　　由於虛擬機幫咱們JAVA程序員管理着內存，咱們在new Object()申請了內存建立對象以後，便不須要再去delete/free來釋放內存。也所以不容易出現內存泄漏和內存溢出的問題，看起來一切都很美好。程序員

　　可是，若是一個程序員不瞭解虛擬機是怎麼管理內存的，那麼在排查內存相關的錯誤是便會成爲一個巨大的難題。算法

二.內存區域有哪些

　　內存區域分爲兩種，一種隨着虛擬機的進程啓動而存在。另外一種則依賴用戶進程的啓動和結束而創建和銷燬。數組

　　1.程序計數器

　　一塊較小的線程私有的內存空間，能夠看做是當前線程的所執行的字節碼的行號指示器。緩存

　　若是線程正在執行的是一個JAVA方法，那麼計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；若是正在執行的是native方法，那麼計數器值爲空（Undefined）。函數

　　該內存區域是惟一一個在JAVA虛擬機規範中沒有規定任何OutOfMemoryError（OOM）狀況的區域。post

　　2.虛擬機棧

　　線程私有的，每一個Java方法在執行時都會建立一個棧幀(Stack Frame)用於存儲局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。每個方法從調用到完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。性能

　　3.本地方法棧

　　線程私有，同虛擬機棧，爲native方法服務。在HotSpot虛擬機中，直接把虛擬機棧和本地方法棧合二爲一。spa

　　4.堆

　　線程共享的區域。存放實例的區域，幾乎全部的對象實例都在這裏分配內存。同時，由於空間固定，而用戶可能須要不斷生成實例，故該區域仍是垃圾收集的主要區域。垃圾收集將在後面提到。線程

　　Java堆能夠處於物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的便可。

　　5.方法區

　　線程共享的區域，存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量等數據。

　　不少人稱之爲「永生代」，由於HotSpot使用永生代來實現方法區。Java規範中對方法區的限制十分寬鬆，能夠選擇不實現垃圾收集。

　　6.運行時常量池

　　方法區的一部分，用於存放編譯器生成的各類字面量和符號引用，在類加載完成後進入方法區的運行時常量池中存放。

　　關於這快區域，有一個須要注意的地方。代碼以下：

public class t18 {

    public static void main(String[] args){

        Integer a1 = 128 ;
        Integer a2 = 128 ;
        System.out.println(a1==a2);
        Integer b1 = 127;
        Integer b2 = 127;
        Integer b3 = 1 + b1;
        Integer b4 = a1 -1 ;
        System.out.println(b1==b2);
        System.out.println(b3==a1);
        System.out.println(b4 == b1);
    }
}

　　上面代碼的運行結果爲 false ,true ,false ,true 。這是不少人第一次見到時都沒法理解的，由於這裏涉及到了常量池的知識。JVM會把一些int，String等數據進行在常量池中緩存，可是重點在於，對於int型數據，只會緩存 -128~127 範圍內的數據。所以：

　　a一、a2超過了127，在堆中分配內存，二者指向不一樣對象，返回false；

　　b一、b2都指向常量池中的127，故b一、b2指向地址相同，返回true；

　　第三、4個同理，Integer b3 = 1+b1 ----> Integer b3 =Integer.valueOf(1+b1)。

　　7.直接內存

　　JDK1.4後加入了NIO (new I/O)類，引入了基於通道與緩衝區的IO方式，可使用native函數庫分配機器內存，如電腦8g內存，JVM可使用電腦的剩餘內存，只須要在java堆中存儲DirectByteBuffer對象做爲內存的引用進行操做。這樣在某些場景中提升性能。

三.在new一個對象時發生了什麼

當虛擬機遇到一條new 指令時，首先回去檢查可否在常量池中定位，並檢查這個類是否已經被加載、解析、初始化過，若是沒有，那麼必須先執行類的加載過程。
類加載完成後，接下來將會爲對象分配內存，即把一塊肯定大小的內存從java堆中劃分出來。若是java堆是連續且規整的，已分配過的內存放在一邊，空閒的在另外一邊。中間的指針做爲分界點的指示器，那麼分配內存就是將指針向空閒的方向移動所須要的距離，（使用Serial、PalNew等帶規整過程的垃圾收集器）；若是java堆是不規整的，那麼虛擬機就必須維護一個記錄，分配內存的同時須要更新記錄，（如使用CMS這種基於標記-清除算法的收集器）。
將分配到的內存空間賦予初值，如整形變量置0，bool型置false。保證了對象字段在代碼中能夠不付初值就能夠直接使用。然而在實際編寫代碼中，建議採用賦初值的形式，保持一個良好的代碼習慣。另外
```
 String s ;
 System.out.println(s); //未初始化，編譯器報錯
```
該代碼會報錯，而不是輸出null，切記切記。
初始化對象的對象頭數據，每一個java對象都有對象頭(Object Header)，裏面記錄了對象是哪一個類的實例、如何找到類的元數據信息、哈希碼、GC年齡、偏向鎖等信息。
執行init方法，把對象按照程序員的一員進行初始化，這樣，一個可用的對象才完成new操做。