Java與c++記憶體管理對比

• C或C++
  在記憶體管理區域，即擁有每一個物件的“所有權”，又擔負者每一個物件生命開始到終結的責任
• Java
  在虛擬機器自動記憶體管理機制的幫助下，不再需要為每一個new操作去寫配對的delete/free程式碼，不容易出現記憶體洩漏和記憶體溢位問題，由虛擬機器管理記憶體。

執行時資料區域

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資料區域。
【（方法區、堆）（所有執行緒共享區域），（虛擬機器棧、本地方法棧、程式計數器）（執行緒隔離資料區）】

程式計數器

可當做當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器。在虛擬機器概念模型中，位元組碼直譯器工作時就是通過改變程式計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令，分支、迴圈、跳轉、異常處理、執行緒恢復等基礎功能都需要依賴該計數器。
為了執行緒切換後能恢復到正確的執行位置，每條執行緒都需要一個獨立的程式計數器，各條執行緒之間計數器互不影響，獨立儲存，稱該記憶體區域為“執行緒私有”

Java虛擬機器棧

執行緒私有，生命週期與執行緒相同。每個方法在執行的同時都會建立一個棧幀（Stack Frame）用於儲存區域性變量表、運算元棧、動態連結、方法出口等資訊。每個方法從呼叫直至執行完成的過程，就對應一個棧幀在虛擬機器棧中入棧到出棧的過程。
區域性變量表，存放了編譯期可知的所有基本資料型別、物件引用和returnAddress型別（指向一條位元組碼指令地址）
在Java虛擬機器規範中，對該區域規定了兩種異常狀況：
* 如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError

本地方法棧

作用與虛擬機器棧類似，之間的區別： 虛擬機器棧為虛擬機器執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機器使用到的Native方法服務。本地方法棧也會丟擲StackOverflowError異常和OutOfMemoryError異常。

Java堆

• 是Java虛擬機器所管理的記憶體中的最大一塊
• 所有執行緒共享
• 此記憶體區域的唯一目的就是存放物件例項，幾乎所有的物件例項都在這裡分配記憶體

Java堆為垃圾收集器管理的主要區域，又稱GC堆。Java堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯連續即可。即可實現成固定大小的，也可以是可擴充套件的，主流虛擬機器都是可擴充套件的（用過-Xms與-Xmx控制）。如果堆中沒有記憶體完成例項分配，並且堆無法擴充套件時，將丟擲OutOfMemoryError異常。

方法區

與Java堆一樣，是各個執行緒共享區域，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。別名Non-Heap
Java虛擬機器規範對方法區限制很寬鬆，除了和Java堆一樣，不需要連續的記憶體和可選擇固定大小或者可擴充套件外，還可以選擇不實現垃圾收集。相對而言，垃圾收集行為在這個區域是比較少出現的，但非資料進入方法區就像“永久代”的名字一樣可以永久存在了，這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。
Java虛擬機器規範規定，當方法區無法滿足記憶體分配需求時，將丟擲OutOfMemoryError異常。

執行時常量池

屬方法區的一部分，Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有一項資訊就是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯器生成的各種字面量和符號引用，這部分記憶體將在類載入後進入方法區的執行時常量池中存放。
Java對Class檔案的每個部分（包括常量池）的格式有明確規定，每一個位元組用於儲存哪種資料都必須符合規範上的要求才會被虛擬機器認可、裝載和執行，但對於執行時常量池，Java虛擬規範則沒做任何細節要求。
執行時常量池相對於Class檔案常量池的另一個重要特徵是具備動態性，Java語言並不要求常量一定只有編譯期才能產生。執行期間也可以把新的常量放在執行時常量池中。
跟方法區一樣會丟擲OOM.

物件的建立流程

1、虛擬機器遇到一個new指令，首先去檢查指令引數是否能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被載入、解析和初始化過。
2、在類載入檢查過後，接下來虛擬機器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，為物件分配控制元件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。（“指標碰撞”，“空閒列表”，TLAB(Thread Local Allocation Buffer)）
3、記憶體分配完後，虛擬機器需要將分配到的記憶體空間都初始化為0值（不包括物件頭）
4、接下來，虛擬機器要對物件進行必要的設定，例如這個物件是哪個類的例項、如何才能找到類的元資料資訊、物件的雜湊碼、物件的GC分代年齡等資訊。
5、上面工作完成後，從虛擬機器的視角來看，一個新的物件已經產生，但從Java程式來看，物件建立才剛剛開始，<init>方法還沒有執行，所有欄位都還為零。執行完new指令後還會接著執行方法，把物件按照程式設計師的意願初始化，這樣一個真正可用的物件才算完全產生出來。

物件的記憶體佈局

在HotSpot虛擬機器中，物件在記憶體中的佈局可以分為3部分：物件頭、例項資料和對齊填充

物件頭

物件頭包含兩個部分資訊：
一部分為儲存物件自身的執行時的資料，如雜湊碼、GC分代年齡、鎖狀態標識、執行緒特有的鎖、偏向執行緒的ID、偏向時間戳。該資料長度在32位和64為虛擬機器中分別為32bit和64bit。
另外一部分為型別指標，即物件指向它的類元資料的指標，虛擬機器通過該指標來確定這個物件是哪個類的例項。若物件是個資料，則物件頭還有一部分為陣列長度。

例項資料

是物件真正儲存的有效資訊，也是在程式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，都需要記錄下來。

對齊填充

僅僅起佔位符的作用。因為HotSpot虛擬機器的自動記憶體管理系統要求物件的起始地址必須是8的整數倍。也就是物件的大小是8的整數倍。而物件頭正好是8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齊。

物件的訪問定位

為了使用物件，Java程式需要從棧上的reference資料來操作堆上的具體物件。而主流的訪問方式有兩種，使用控制代碼訪問和直接指標訪問。

• 通過控制代碼訪問最大的好處就是reference中儲存的是穩定的控制代碼地址，在物件被移動時只會改變控制代碼資料中的例項資料指標，而reference本身不需要修改。
• 使用直接指標訪問最大的好處就是速度快，節省了一次指標定位的時間開銷。

對於Hotspot VM而言，虛擬機器使用的是直接指標訪問。