執行是記憶體區域

java虛擬機器在執行java程式的過程中會把它所管理的記憶體劃分為若干個不同的資料區域。

1.執行緒獨有的記憶體區域

（1）程式計數器（Program Counter Register）

這塊記憶體區域很小，它是當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器，位元組碼直譯器通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令。Java方法這個計數器才有值，如果執行的是一個Native方法，那這個計數器是空的。此記憶體區域是唯一一個在Java虛擬機器規範中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

（2）Java虛擬機器棧（VM Stack）

生命週期同線程相同。

StackOverflowError：執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度丟擲；

OutOfMemoryError:虛擬機器棧如果可以動態擴充套件，當擴充套件時無法申請到足夠的記憶體時丟擲；

（3）本地方法棧（Native Method Stack）

和虛擬機器棧的作用一樣，只不過服務的物件是虛擬機器呼叫的Native方法。沒有強制規定，HotSpot虛擬機器就乾脆沒有這塊區域，和虛擬機器棧是一起的。

2.執行緒間共享的記憶體區域

（1）堆（Heap）

大多數應用，Java堆是Java虛擬機器所管理的記憶體中最大的一塊，它在虛擬機器啟動時建立，此記憶體區域唯一的目的就是存放物件例項。從GC的分代演算法上還可以劃分為新生代，老年代，更細分可分為Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。如果在堆中沒有記憶體來完成例項分配，並且堆也無法再擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError異常。

（2）方法區（Method Area）

這塊區域用於儲存虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料。這個區域的記憶體回收目標主要是針對常量池的回收和對型別的解除安裝。當方法區無法滿足記憶體分配需求是，將丟擲OutOfMemoryError異常。

（3）執行時常量池（Runtime Constant Pool）

方法區的一部分。Class檔案中除了有類的版本、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進入方法區的執行時常量池中存放。這個區域是一個重要特徵就是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生，執行期間也可能將新的常量放入池中，如String類的intern()方法。當常量池無法再申請到記憶體是丟擲OutOfMemoryError異常。

（4）直接記憶體

直接記憶體並不是虛擬機器執行時資料區的一部分，也不是Java虛擬機器規範中定義的記憶體區域。但這部分記憶體也被頻繁的使用，而且也可能導致OutOfMemory異常出現。在JDK1.4  新增加NIO，引入了一種基於通道與緩衝區的I/O方式，它可以使用Native函式庫直接分配堆外記憶體，然後通過一個儲存在Java堆中的DirectByteBuffer物件作為這塊記憶體的引用進行操作。這樣能在一些場景中顯著的提供效能，因為避免了再Java堆和Native堆中來回複製資料。顯然，本機直接記憶體的分配不會受到Java堆大小的限制，但是，既然是記憶體，肯定還是會受到本機總記憶體（包括RAM以及SWAP區或者分頁檔案）大小以及處理器定址空間的限制。如果各個記憶體區域總和大於實體記憶體限制，會導致動態擴充套件時出現OutOfMemoryError異常。

物件建立

Java是一門面向物件的語言，Java程式執行過程中無時無刻都有物件被創建出來。在語音層面上，建立物件（例如克隆、反序列化）通常僅僅是一個new關鍵字而已，但是虛擬機器層面上卻不是如此。看一下在虛擬機器層面上建立物件的步驟：

1、虛擬機器遇到一條new指令，首先去檢查這個指令的引數能否在常量池中定位到一個類的符號引用，並檢查這個符號引用代表的類是否已被載入、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執行相應的類載入過程。

2、類載入檢查通過後，虛擬機器將為新生物件分配記憶體。物件所需記憶體的大小在類載入完成後便可完全確定，為物件分配空間的任務等同於把一塊確定大小的記憶體從Java堆中劃分出來。兩個問題：

（1）如果記憶體是規整的，所有用過的記憶體都放在一邊，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，那所分配記憶體就僅僅是把那個指標向空閒空間那邊挪動一段與物件大小相等的距離，這種分配方式稱為“指標碰撞”。

（2）如果記憶體並不是規整的，已使用的記憶體和空閒的記憶體相互交錯，那就沒辦法簡單地進行指標碰撞了，虛擬機器就必須維護一個列表，記錄上那些記憶體塊是可用的，在分配的時候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，這種分配方式稱為“空閒列表”。

      <a> 選擇哪種分配方式有Java堆是否規整決定，而Java堆是否規整又由鎖採用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。因此，在使用Serial、ParNew等帶Compact過程的收集器時，系統採用的分配演算法是指標碰撞，而使用CMS這種基於Mark-Sweep演算法的收集器時，通常採用空閒列表。

      <b> 如何及時保證new物件時候的執行緒安全性?

一種方式是對分配記憶體空間的動作進行同步處理——實踐上虛擬機器採用CAS配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性；

另一種是吧記憶體分配的動作按照執行緒劃分在不同的空間中進行，即每個執行緒在java堆中預先分配一小塊記憶體，稱為本地執行緒分配緩衝（TLAB）。那個執行緒要分配記憶體就在那個執行緒的TLAB上分配，只有TLAB用完並分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。

（3）記憶體分配結束時，虛擬機器需要將分配到的記憶體空間都初始化為零值（不包括物件頭）。這一步操作保證了物件的例項欄位在Java程式碼中可以不賦初始值就直接使用，程式能訪問到這些欄位的資料型別所對應的零值。

（4）虛擬機器對物件進行必要的設定。如這個物件是那個類的例項、如何才能找到類的元資料資訊、物件的雜湊嗎、物件的GC分代年齡等資訊。這些資訊都存放在物件的物件頭中。

（5）執行<init>方法。把物件按照程式設計師的意願進行初始化，這樣一個真正可用的物件才算完全產生出來。

物件訪問

建立物件是為了使用物件，Java程式需要通過棧上的reference資料來操作堆上的具體物件。主流的物件訪問方式有兩種：

1.控制代碼訪問。Java堆中將會劃分出一開記憶體來作為控制代碼池，reference中儲存的就是物件的控制代碼地址，而控制代碼中包含了物件例項資料與型別資料各種的具體地址資訊。如圖所示：

2.指標訪問：reference中儲存的直接就是物件地址。如圖所示：

兩種物件訪問方式各有優勢，使用控制代碼來訪問最大的好處就是reference中儲存的是文件的控制代碼地址，在物件被移動（垃圾收集時移動物件是非常普遍的行為）時只會改變控制代碼中的例項資料指標，而reference本身不需要修改。使用直接指標訪問方式的最大好處就是速度更快，節省了一次指定定位的時間開銷，由於物件的訪問在java中非常頻繁，因此這類開銷積少成多後也是一項非常可觀的執行成本。Sun HotSpot虛擬機器使用的第二種方式進行物件訪問。