深入理解JVM-自动内存管理

前言

从Java的第一个版本诞生到现在已经有二十余年的时间，白驹过隙，沧海桑田，

转眼已过了四分之一个世纪，在图1-3所示的时间线里，我们看到JDK的版本已经发展

JDK13。这二十多年里诞生过无数与Java相关的产品、技术与标准。现在让我们走入道，从孕育Java语言的时***始，再来回顾一下Java的发展轨迹和历史变迁。19年4月，由 James Gosling博士领导的绿色计划( Green Project)开始启动，此计

划最初的目标是开发一种能够在各种消费性电子产品(如机顶盒、冰箱、收音机等)上运行的程序架构。这个计划的产品就是Java语言的前身：Oak（得名于James Gosling办公室外的一颗橡树）。Oak当时在消费市场上并不算成功，但随着1995年互联网潮流的兴起，Oak迅速找到了最适合自己发展的市场定位并蜕变为Java语言。
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1-3

Java内存区域与内存溢出异常

运行时数据区域

Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分成若干个不同的数量区域。根据《Java虚拟机规范》的规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域。
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程序计数器

程序计数器占用较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器，由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并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就是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能够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。

如果线程正在执行Java方法，则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，则这个计数器则为空。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。

Java虚拟机栈

同样是线程私有，描述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（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。一个方法对应一个栈帧。

  局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型（boolean、byte等）、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指针，也可能是指向另一个代表对象的句柄或其他次对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）

  规定的异常情况有两种：1.线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；2.如果虚拟机可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

和Java虚拟机栈很类似，不同的是本地方法栈为Native方法服务

Java堆

对大多数应用来说，Java堆（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。该内存区域唯一的目的就是存放对象实例，Java对象实例以及数组都在堆上分配（随着JIT编译器发展等技术成熟，所有对象分配在堆上也渐渐不是那么“绝对”了）。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此Java堆也常被称为“GC堆”，由于现在收集器基于分代收集算法，Java堆还可以细分为：新生代和老年代。

根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样（或者说，像链表一样虽然内存上不一定连续，但逻辑上是连续）。如果在堆中没有内存完成实例分配，而且堆也没办法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

所有线程共享，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。

  当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有关类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，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。
字面量如：文班字符串，Java中声明为final的常量等
符号引用：字段或方法的名称呵描述符等信息
运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性，Java语言并非不要求常量一定只有编译期才能产生，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，运行期间也可以将新的常量池放入池中。

直接内存

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。

  JDK1.4加入了NIO，引入一种基于通道与缓冲区的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。因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，提高了性能。
  一般我们使用Unsafe和NIO包下ByteBuffer来创建堆外内存。如果从堆内向磁盘写数据时，数据会被先复制到堆外内存，即内核缓冲区，然后再由OS写入磁盘，使用堆外内存避免了这个操作。（提升复制速度(io效率)）

本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制，受到本机总内存大小限制
直接内存也可以由 -XX:MaxDirectMemorySize 指定
直接内存申请空间耗费更高的性能
直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存
当各个内存区域总和大于物理内存限制，抛出OutOfMemoryError异常。