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@Snailclimb
Snailclimb committed Aug 27, 2018
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60 changes: 42 additions & 18 deletions Java相关/可能是把Java内存区域讲的最清楚的一篇文章.md
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@@ -1,7 +1,5 @@




## 写在前面（常见面试题）

### 基本问题：
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- **8种基本类型的包装类和常量池**




## 1 概述

对于 Java 程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制下，不再需要像C/C++程序开发程序员这样为内一个 new 操作去写对应的 delete/free 操作，不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。正是因为 Java 程序员把内存控制权利交给 Java 虚拟机，一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题，如果不了解虚拟机是怎样使用内存的，那么排查错误将会是一个非常艰巨的任务。
Expand Down Expand Up @@ -46,23 +42,49 @@ Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成

另外，**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。**

**从上面的介绍中我们知道程序计数器主要有两个作用：**

1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
2. 在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

**注意：程序计数器是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。**

### 2.2 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，它的生命周期和线程相同，描述的是 Java 方法执行的内存模型。**

**Java 内存可以粗糙的区分为堆内存（Heap）和栈内存(Stack),其中栈就是现在说的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。**
**Java 内存可以粗糙的区分为堆内存（Heap）和栈内存(Stack),其中栈就是现在说的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。** （实际上，Java虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。）

**局部变量表主要存放了编译器可知的各种数据类型**（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、**对象引用**（reference类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。

**Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。**

- **StackOverFlowError：** 若Java虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前Java虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出StackOverFlowError异常。
- **OutOfMemoryError：** 若 Java 虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，此时抛出OutOfMemoryError异常。

Java 虚拟机栈也是线程私有的，每个线程都有各自的Java虚拟机栈，而且随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而死亡。

### 2.3 本地方法栈

和虚拟机栈所发挥的作用非常相似，区别是： **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 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

本地方法被执行的时候，在本地方法栈也会创建一个栈帧，用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息。

方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，也会出现 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种异常。

### 2.4 堆
Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java 堆是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以及数组都在这里分配内存。**

Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作**GC堆（Garbage Collected Heap）**.从垃圾回收的角度，由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代：在细致一点有：Eden空间、From Survivor、To Survivor空间等。**进一步划分的目的是更好地回收内存，或者更快地分配内存。**

![](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/25/16570344a29c3433?w=599&h=250&f=png&s=8946)

**在 JDK 1.8中移除整个永久代，取而代之的是一个叫元空间（Metaspace）的区域（永久代使用的是JVM的堆内存空间，而元空间使用的是物理内存，直接受到本机的物理内存限制）。**

推荐阅读：

- 《Java8内存模型—永久代(PermGen)和元空间(Metaspace)》：[http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html](http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html)

### 2.5 方法区

**方法区与 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。**
Expand All @@ -79,10 +101,13 @@ HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为 **“永久代”**，本质上两

既然运行时常量池时方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。

**JDK1.7及之后版本的 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来，在 Java 堆（Heap）中开辟了一块区域存放运行时常量池。同时在 jdk 1.8中移除整个永久代，取而代之的是一个叫元空间（Metaspace）的区域**
**JDK1.7及之后版本的 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来，在 Java 堆（Heap）中开辟了一块区域存放运行时常量池。**


推荐阅读：《Java中几种常量池的区分》： [https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660](https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660)
推荐阅读：

- 《Java 中几种常量池的区分》： [https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660](https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660)


### 2.7 直接内存

Expand All @@ -98,7 +123,7 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通

### 3.1 对象的创建
下图便是 Java 对象的创建过程，我建议最好是能默写出来，并且要掌握每一步在做什么。
![Java对象的创建过程](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-8-20/22409109.jpg)
![Java对象的创建过程](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/22/16561e59a4135869?w=950&h=279&f=png&s=28529)

**①类加载检查：** 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在常量池中定位到这个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载过、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。

Expand All @@ -109,7 +134,7 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通

选择以上两种方式中的哪一种，取决于 Java 堆内存是否规整。而 Java 堆内存是否规整，取决于 GC 收集器的算法是"标记-清除"，还是"标记-整理"（也称作"标记-压缩"），值得注意的是，复制算法内存也是规整的

![](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-8-20/99621587.jpg)
![](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/22/16561e59a40a2c3d?w=1426&h=333&f=png&s=26346)

**内存分配并发问题（补充内容，需要掌握）**

Expand All @@ -120,7 +145,7 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通



**③初始化零值：**内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
**③初始化零值：** 内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在 Java 代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

**④设置对象头：** 初始化零值完成之后，**虚拟机要对对象进行必要的设置**，例如这个对象是那个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希吗、对象的 GC 分代年龄等信息。 **这些信息存放在对象头中。** 另外，根据虚拟机当前运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

Expand Down Expand Up @@ -150,6 +175,9 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通

**这两种对象访问方式各有优势。使用句柄来访问的最大好处是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动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最大的好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。**




## 四 重点补充内容

### String 类和常量池
Expand All @@ -163,7 +191,7 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通
```

这两种不同的创建方法是有差别的，第一种方式是在常量池中拿对象，第二种方式是直接在堆内存空间创建一个新的对象。
![](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-8-20/55193819.jpg)
![](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/22/16561e59a59c0873?w=698&h=355&f=png&s=10449)
记住：只要使用new方法，便需要创建新的对象。


Expand Down Expand Up @@ -193,7 +221,7 @@ JDK1.4中新加入的 **NIO(New Input/Output) 类**，引入了一种基于**通
System.out.println(str3 == str5);//true
System.out.println(str4 == str5);//false
```
![](http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-8-20/63313330.jpg)
![](https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/22/16561e59a4d13f92?w=593&h=603&f=png&s=22265)

尽量避免多个字符串拼接，因为这样会重新创建对象。如果需要改变字符串的花，可以使用 StringBuilder 或者 StringBuffer。
### String s1 = new String("abc");这句话创建了几个对象？
Expand Down Expand Up @@ -293,12 +321,6 @@ i4=i5+i6 true

语句i4 == i5 + i6，因为+这个操作符不适用于Integer对象，首先i5和i6进行自动拆箱操作，进行数值相加，即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较，所以i4自动拆箱转为int值40，最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。

## 写在最后

### 开源文档推荐
Java-Guide：一份涵盖大部分Java程序员所需要掌握的核心知识，正在一步一步慢慢完善，期待您的参与。

Github地址：[https://github.com/Snailclimb/Java-Guide](https://github.com/Snailclimb/Java-Guide)

**参考：**

Expand All @@ -311,3 +333,5 @@ Github地址：[https://github.com/Snailclimb/Java-Guide](https://github.com/Sna





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Java架构师交流群： [![QQ群](https://img.shields.io/badge/QQ%E7%BE%A4-272305701-red.svg)](//shang.qq.com/wpa/qunwpa?idkey=336e1fc00c4b71c0935a16cc99f334da7f4726321d7da96dac733ee009222b35)<a target="_blank" href="//shang.qq.com/wpa/qunwpa?idkey=336e1fc00c4b71c0935a16cc99f334da7f4726321d7da96dac733ee009222b35"><img border="0" src="https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/24/16569cb0251225ae?w=90&h=22&f=png&s=1827" alt="Java 大师交流群" title="Java 大师交流群"></a>
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