JAVA的記憶體結構分析
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1、執行時資料區
JVM所管理的記憶體包括以下幾個執行時資料區域，如圖所示
方法區和堆為執行緒共享區，虛擬機器棧、本地方法棧及程式計數器為執行緒獨佔區。
程式計數器
程式計數器是一塊較小的空間，它可以看作是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。
如果執行緒執行的是java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機器位元組碼指令的地址（可以理解為上圖所示的行號），如果正在執行的是native方法，這個計數器的值為undefined。
JVM的多執行緒是通過執行緒輪流切換並分配CPU執行時間片的方式來實現的，任何一個時刻，一個CPU都只會執行一條執行緒中的指令。為了保證執行緒切換後能恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要有一個獨立的程式計數器，各執行緒間的程式計數器獨立儲存，互不影響。
此區域是唯一一個在java虛擬機器規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域，因為程式計數器是由虛擬機器內部維護的，不需要開發者進行操作。
虛擬機器棧
每個執行緒有一個私有的棧，隨著執行緒的建立而建立，生命週期與執行緒相同。
虛擬機器棧裡面存著的是一種叫“棧幀”的東西，每個方法會建立一個棧幀，棧幀中存放了區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。
區域性變量表存放了編譯期可知的各種基本資料型別和物件引用型別。通常我們所說的“棧記憶體”指的就是區域性變量表這一部分。
64位的long和double型別的資料會佔用2個區域性變數空間，其餘的資料型別只佔用1個。
區域性變量表所需的記憶體空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀分配多少記憶體是固定的，執行期間不會改變區域性變量表的大小。
方法的呼叫到執行完畢，對應的就是棧幀的入棧和出棧的過程。
棧的大小可以固定也可以動態擴充套件。
在固定大小的情況下，當棧呼叫深度大於JVM所允許的範圍，會丟擲StackOverflowError異常。
在動態擴充套件的情況下，若擴充套件時無法申請到足夠的記憶體，就會丟擲OutOfMemoryError異常。
棧記憶體溢位模擬
public class MainTest { public static void main(String[] args){new MainTest().test(); } private void test() { System.out.println("run..."); test(); } }
報錯如下 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at sun.nio.cs.UTF_8$Encoder.encodeLoop(UTF_8.java:691) at java.nio.charset.CharsetEncoder.encode(CharsetEncoder.java:579)
圖例：
本地方法棧
和虛擬機器棧類似，兩者的區別就是虛擬機器棧是為虛擬機器執行java方法服務，本地方法棧為虛擬機器執行native方法服務 。
HotSpot虛擬機器不區分虛擬機器棧和本地方法棧，兩者是一塊的。
與虛擬機器棧一樣，本地方法棧也會拋StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
堆
JVM管理的最大的一塊記憶體區域，存放著物件的例項，是執行緒共享區。
堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此也被稱為“GC堆”
JAVA堆的分類：
從記憶體回收的角度上看，可分為新生代（Eden空間，From Survivor空間、To Survivor空間）及老年代（Tenured Gen）
從記憶體分配的角度上看，為了解決分配記憶體時的執行緒安全性問題，執行緒共享的JAVA堆中可能劃分出多個執行緒私有的分配緩衝區（TLAB）
JAVA堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可。
可通過引數 -Xmx -Xms 來指定執行時堆記憶體的大小，堆記憶體空間不足也會拋OutOfMemoryError異常
方法區
方法區也是執行緒共享區，用於儲存【虛擬機器載入的類資訊（類的版本、欄位、方法、介面），常量，靜態變數，即時編譯器編譯後的程式碼等資料】
方法區邏輯上屬於堆的一部分，但是為了與堆進行區分，通常又叫“非堆”。
HotSpot虛擬機器使用永久代來實現方法區，使得HotSpot虛擬機器的垃圾收集器可以像管理堆記憶體一樣來管理這部分記憶體，能省去專門為方法區編寫記憶體管理程式碼工作。所以開發者喜歡將方法區稱為永久代，本質上兩者並不等價，對於其他虛擬機器來說不存在永久代的概念。
方法區可選擇不實現垃圾收集，一般來說，這個區域對記憶體回收的條件較為苛刻，但是這部分割槽域的回收確實是必要的。
當方法區無法滿足記憶體分配需求時，將會拋OutOfMemoryError異常
執行時常量池
執行時常量池是方法區的一部分。
class檔案除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊就是常量池，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加入方法區的執行時常量池中存放。
執行時常量池相於class檔案中的常量池所不同的是其具備了動態性。class檔案中常量池中的常量在編譯期間就已經定義好了，而執行時常量池在程式執行期間也可以將常量放入該常量池中，最常見的做法就是呼叫String類的intern()方法。
2、物件的建立
一個物件的建立主要包括了一下幾大流程
在JVM在堆中為物件分配記憶體階段，通常有以下兩種分配方式，虛擬機器選擇哪種分配方式是由JAVA堆是否規整決定的，而JAVA堆是否規整又由所採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
1）指標碰撞：要求堆中記憶體絕對規整，所有用過的記憶體都放一邊，空閒的記憶體放在另一邊，中間放著一個指標作為分界點的指示器，分配記憶體就僅僅只是將該指標向空閒空間那邊挪動一段與物件大小相等的距離。
2）空閒列表：針對的是堆中記憶體不規整的情況，虛擬機器維護著一個列表，記錄哪些記憶體塊是可用的，在分配時從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給物件例項，並更新列表上的記錄。
在為物件分配記憶體時，還需要考慮的一點就是執行緒安全性問題。可能出現正在給物件A分配記憶體，指標還沒來得及修改，物件B又同時使用了原來的指標來分配記憶體的情況。針對這種問題，有以下兩種解決方案。
1）對分配記憶體空間的動作進行同步處理，保證更新操作的原子性（採用CAS + 失敗重試機制保障原原子性），但效率較低。
2）使用本地執行緒分配緩衝（TLAB），哪個執行緒需要分配記憶體，就在哪個執行緒的TLAB上分配，只有TLAB用完並需要分配新的TLAB時，才需要同步鎖定（可通過-XX:+/-UseTLAB引數來設定虛擬機器啟用TLAB）。
3、物件的記憶體佈局
在HotSpot虛擬機器中，物件在記憶體中儲存的佈局可分為3塊區域：物件頭、例項資料和對齊填充。
1）物件頭，由 Mark Word 和型別指標所組成。
Mark Word，用於儲存物件自身的執行時資料，如雜湊碼、GC分代年齡、鎖狀態標誌、執行緒持有鎖、偏向執行緒ID、偏向時間戳等。
Mark Word在32位的JVM中對應的長度是32bit，在64位的JVM中長度是64bit。
由於物件需要儲存的執行資料很多，其實已經超出了32位和64位的限制，為了在極小的空間記憶體儲儘量更多的資訊，Mark Word 會根據物件狀態的不同來儲存不同的資訊。如在32位的HotSpot虛擬機器中，如物件處於未被鎖定的狀態，那麼 Mark Word 將使用25bit用於儲存物件的雜湊碼，4bit用於儲存物件分代年齡，2bit用於儲存鎖標誌位，1bit固定為0，其他狀態如下表所示：
型別指標，虛擬機器通過這個指標來確定物件是哪個類的例項，該指標指向物件的類元資料。（由於查詢物件的元資料資訊並不一定要經過物件本身，所以並不是所有的虛擬機器實現都必須在物件資料上保留型別指標）
如果物件是一個JAVA陣列，那麼在物件頭中還必須有一塊用於記錄陣列長度的資料，因為普通物件的大小可通過元資料資訊來獲取，而陣列不行。
2）例項資料，物件真正儲存的有效資訊，也就是在程式碼中所定義+的各種型別的欄位內容。
無論是從父類繼承下來的，還是在子類中定義的，都需要記錄起來。
儲存順序收虛擬機器分配策略引數（FieldsAllocationStyle）和欄位在java原始碼中定義順序的影響。
HotSpot虛擬機器預設的分配策略為longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops(Ordinary Object Pointers)，相同頻寬的欄位總是被分配到一起，在此之後，父類中定義的變數會出現在子類之前。
如果CompactFields引數的值為true（預設為true），那麼子類中較窄的變數也可能會插入到父類變數的空隙中。
3）對齊填充，無特殊含義，僅僅起到佔位符的作用。HotSpot虛擬機器要求起始地址必須是8位元組的整數倍，因此當物件例項資料部分沒有對齊時，就需要通過對齊填充來補全。