简介
对于从事C,C++程序开发的开发人员来说，在内存管理领域，他们既是拥有最高权力的“皇帝” 又是从事最基础工作的劳动人员，-既拥有每一个对象的“所有权”，
又背负着每一个对象生命开始到终结的维护责任，对于Java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去配对的delete/free代码，
不容易出现内存泄漏和内存溢出问题，由虚拟机管理内存，这一切看起来都很美好，不过也正是因为Java程序员，把内存控制的权力交给了Java虚拟机，一旦出现了内存泄漏和溢出方面的问题，
如果不了解虚拟机是怎么样使用内存的，那么排查错误将会成为一项异常艰难的工作
运行时数据区域
1.1 程序计数器
程序计数器是一块比较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码行号指示器，在虚拟机的概念模型里（只是概念模型，各种虚拟机会通过一些更高效的方式去实现），
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，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并分配处理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Native方法，这个计数器值则为空(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
1.2 Java虚拟机栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈也是线程私有的，它的声明周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧
用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息，每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型(boolean,byte,char,short,int,float,long,double) 对象引用(reference 类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用地址
也可能是指向一个代表对象的句柄活其他的与此对象相关的位置)
其中的64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个，局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈中分配
多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小
1.3 本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stack) 与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码服务)，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务
在虚拟机规范找那个对本地方法栈中方法使用的语言，使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它，甚至有的虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一，与虚拟机栈一样
本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutofMemoryError异常
1.4 Java堆
对于大多数应用来说，Java堆(Java Heap)是Java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，几乎所有
的对象实例都在这里分配
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为”GC堆”
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处以物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的既可
1.5 方法区
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信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑
部分 但是它却有一个别名叫做 Non-Heap(非堆)，目的应该是与Java堆区分开来
Java虚拟机规范对方法区的限制是非常宽松，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，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是比较少出现的，
但并非数据进入了，方法区就和永久代的名字一样 “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”成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，
条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是必要的
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutofMemoryError异常
1.6 运行时常量池
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(Const Pool Table)用于存放编译期生成的各种字面量和
符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放
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在编译期才能产生，也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，
运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用比较多的便是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内存时会抛出OutofMemoryError异常
1.7 直接内存
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，但是这部分的内存也被频繁的使用，可能有可能导致OutOfMemoryErro异常
在JDK1.4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堆中
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
显然，本机的直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是既然是内存，肯定还是会受到本机总内存(包括RAM以及SWAP区或者分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制
hotspot虚拟机对象探秘
2.1 对象的创建
虚拟机遇到一条new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能够在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载，解析和初始化过，如果没有，那必须
先执行相应的类加载过程，
在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存，对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从java堆中划分出来
，假设java堆中的内存时绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就只是把那个指针向空闲空间那边挪动一段
对象大小相等的距离，这种分配方式为 “指针碰撞” 如果java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单的进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表
记录上哪些内存时可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录，这种分配方式称为 “空闲列表”，
除了如何划分可用空间外，还有另外一个需要考虑的问题是对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使只是修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给
对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况，解决这个问题有俩种方案，一种是对内存空间的动作进行同步处理，实际上虚拟机采用CAS配上失败重试
的方式来保证更新操作的原子性，另一种是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓冲，哪个线程要分配内存
就在哪个线程上分配，只有分配缓冲的空间使用完，重新分配的时候，才需要同步锁定
接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，比如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据信息，对象的哈希码，对象的GC分代年龄等信息，这些信息存放在对象的对象头之中
在上面的工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从java程序的视角来看，对象创建才刚刚开始， init方法还没有执行，所有的字段都还为零，所以执行new指令之后
会接着执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来
2.2 对象的内存布局
对象在内存中存储的布局可以分为3块区域:对象头，实例数据，和对其填充
对象头包括俩部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，比如 哈希码，GC分代年龄，锁状态标识，线程持有的锁，偏向线程Id，偏向时间戳，这部分的数据长度在32位和64位的虚拟机中
分别为32bit和64bit,对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象属于哪个类的实例，并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留
这个类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，如果对象是一个java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据
接下来的实例数据部分是真正存储的有效信息，也是在程序代码中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，都需要记录下来，这部分的存储顺序会受到虚拟机
分配策略参数，和字段在Java源码中定义顺序的影响，HotSport 虚拟机默认的分配策略为 longs/doubls ints shorts/chars bytes/booleans 从分配策略中可以看出，相同宽度的字段总是被分配到
一起，在满足这个前提的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前，而且子类之中较窄的变量也可能插入到父类变量的空隙之中
第三部分对其填充不是必然存在的，也没有特别的含义，他只是起着站位符的作用，换句话说就是对象的大小必须为8的整数倍，而对象头部分正好是8字节的整数，因此，当对象实例数据部分没有对齐
时，就需要通过对齐填充来补全了
2.3 对象的访问定位
建立对象是为了使用对象，我们的java程序需要通过栈上的reference 数据来操作对上的具体对象，由于reference 类型在java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过
何种方式去定位，访问堆中对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针俩种
如果使用句柄访问的话，那么java堆中将会划分出来一块内存来做为句柄池，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的具体地址信息
如果使用直接指针来访问，那么java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而reference中存储的直接就是对象地址
这俩种对象访问方式各有优势，使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄，在对象移动(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
本身不需要修改
使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时机开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类的开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本
