想搞清楚Java8的內(nèi)存結(jié)構(gòu)，看這篇就對了

java8內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖

虛擬機(jī)內(nèi)存與本地內(nèi)存的區(qū)別

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行的時候會把管理的內(nèi)存分配成不同的區(qū)域，這些區(qū)域被稱為虛擬機(jī)內(nèi)存，同時，對于虛擬機(jī)沒有直接管理的物理內(nèi)存，也有一定的利用，這些被利用卻不在虛擬機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存，我們稱它為本地內(nèi)存，這兩種內(nèi)存有一定的區(qū)別：

JVM內(nèi)存

• 受虛擬機(jī)內(nèi)存大小的參數(shù)控制，當(dāng)大小超過參數(shù)設(shè)置的大小時就會報OOM

本地內(nèi)存

• 本地內(nèi)存不受虛擬機(jī)內(nèi)存參數(shù)的限制，只受物理內(nèi)存容量的限制
• 雖然不受參數(shù)的限制，但是如果內(nèi)存的占用超出物理內(nèi)存的大小，同樣也會報OOM

java運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域

java虛擬機(jī)在執(zhí)行過程中會將所管理的內(nèi)存劃分為不同的區(qū)域，有的隨著線程產(chǎn)生和消失，有的隨著java進(jìn)程產(chǎn)生和消失，根據(jù)《Java虛擬機(jī)規(guī)范》的規(guī)定，運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)分為以下一個區(qū)域：

程序計數(shù)器（Program Counter Register）

程序計數(shù)器就是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器，通過改變計數(shù)器的值，來選取下一行指令，通過他來實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、循環(huán)、恢復(fù)線程等功能。

• 在任何時刻，一個處理器內(nèi)核只能運(yùn)行一個線程，多線程是通過線程輪流切換，分配時間來完成的，這就需要有一個標(biāo)志來記住每個線程執(zhí)行到了哪里，這里便需要到了程序計數(shù)器。
• 所以，程序計數(shù)器是線程私有的，每個線程都已自己的程序計數(shù)器。

虛擬機(jī)棧（JVM Stacks）

虛擬機(jī)棧是線程私有的，隨線程生滅。虛擬機(jī)棧描述的是線程中的方法的內(nèi)存模型：

每個方法被執(zhí)行的時候，都會在虛擬機(jī)棧中同步創(chuàng)建一個棧幀（stack frame）。

每個棧幀的包含如下的內(nèi)容

• 局部變量表
• 局部變量表中存儲著方法里的java基本數(shù)據(jù)類型（byte/boolean/char/int/long/double/float/short）以及對象的引用（注：這里的基本數(shù)據(jù)類型指的是方法內(nèi)的局部變量）
• 操作數(shù)棧
• 動態(tài)連接
• 方法返回地址

方法被執(zhí)行時入棧，執(zhí)行完后出棧

虛擬機(jī)棧可能會拋出兩種異常：

• 如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所規(guī)定的棧深度，則會拋出StackOverFlowError即棧溢出
• 如果虛擬機(jī)的棧容量可以動態(tài)擴(kuò)展，那么當(dāng)虛擬機(jī)棧申請不到內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError即OOM內(nèi)存溢出

本地方法棧（Native Method Stacks）

本地方法棧與虛擬機(jī)棧的作用是相似的,都會拋出OutOfMemoryError和StackOverFlowError，都是線程私有的，主要的區(qū)別在于：

• 虛擬機(jī)棧執(zhí)行的是java方法
• 本地方法棧執(zhí)行的是native方法(什么是Native方法？)

Java堆（Java Heap）

java堆是JVM內(nèi)存中最大的一塊，由所有線程共享,是由垃圾收集器管理的內(nèi)存區(qū)域，主要存放對象實例，當(dāng)然由于java虛擬機(jī)的發(fā)展，堆中也多了許多東西，現(xiàn)在主要有：

• 對象實例
• 類初始化生成的對象
• 基本數(shù)據(jù)類型的數(shù)組也是對象實例
• 字符串常量池
• 字符串常量池原本存放于方法區(qū)，jdk7開始放置于堆中。
• 字符串常量池存儲的是string對象的直接引用，而不是直接存放的對象，是一張string table
• 靜態(tài)變量
• 靜態(tài)變量是有static修飾的變量，jdk7時從方法區(qū)遷移至堆中
• 線程分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer）
• 線程私有，但是不影響java堆的共性
• 增加線程分配緩沖區(qū)是為了提升對象分配時的效率

java堆既可以是固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的（通過參數(shù)-Xmx和-Xms設(shè)定），如果堆無法擴(kuò)展或者無法分配內(nèi)存時也會報OOM。

方法區(qū)(Method Area)

方法區(qū)絕對是網(wǎng)上所有關(guān)于java內(nèi)存結(jié)構(gòu)文章爭論的焦點，因為方法區(qū)的實現(xiàn)在java8做了一次大革新，現(xiàn)在我們來討論一下：

方法區(qū)是所有線程共享的內(nèi)存，在java8以前是放在JVM內(nèi)存中的，由永久代實現(xiàn)，受JVM內(nèi)存大小參數(shù)的限制，在java8中移除了永久代的內(nèi)容，方法區(qū)由元空間(Meta Space)實現(xiàn)，并直接放到了本地內(nèi)存中，不受JVM參數(shù)的限制（當(dāng)然，如果物理內(nèi)存被占滿了，方法區(qū)也會報OOM），并且將原來放在方法區(qū)的字符串常量池和靜態(tài)變量都轉(zhuǎn)移到了Java堆中，方法區(qū)與其他區(qū)域不同的地方在于，方法區(qū)在編譯期間和類加載完成后的內(nèi)容有少許不同，不過總的來說分為這兩部分：

類元信息（Klass）

• 類元信息在類編譯期間放入方法區(qū)，里面放置了類的基本信息，包括類的版本、字段、方法、接口以及常量池表（Constant Pool Table）
• 常量池表（Constant Pool Table）存儲了類在編譯期間生成的字面量、符號引用(什么是字面量？什么是符號引用？)，這些信息在類加載完后會被解析到運(yùn)行時常量池中

運(yùn)行時常量池（Runtime Constant Pool）

• 運(yùn)行時常量池主要存放在類加載后被解析的字面量與符號引用，但不止這些
• 運(yùn)行時常量池具備動態(tài)性，可以添加數(shù)據(jù)，比較多的使用就是String類的intern()方法

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存位于本地內(nèi)存，不屬于JVM內(nèi)存，但是也會在物理內(nèi)存耗盡的時候報OOM,所以也講一下。

在jdk1.4中加入了NIO（New Input/Putput）類，引入了一種基于通道（channel）與緩沖區(qū)（buffer）的新IO方式，它可以使用native函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作，這樣可以在一些場景下大大提高IO性能，避免了在java堆和native堆來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

常見問題

什么是Native方法？

由于java是一門高級語言，離硬件底層比較遠(yuǎn)，有時候無法操作底層的資源，于是，java添加了native關(guān)鍵字，被native關(guān)鍵字修飾的方法可以用其他語言重寫，這樣，我們就可以寫一個本地方法，然后用C語言重寫，這樣來操作底層資源。當(dāng)然，使用了native方法會導(dǎo)致系統(tǒng)的可移植性不高，這是需要注意的。

成員變量、局部變量、類變量分別存儲在內(nèi)存的什么地方？

類變量

• 類變量是用static修飾符修飾，定義在方法外的變量，隨著java進(jìn)程產(chǎn)生和銷毀
• 在java8之前把靜態(tài)變量存放于方法區(qū)，在java8時存放在堆中

成員變量

• 成員變量是定義在類中，但是沒有static修飾符修飾的變量，隨著類的實例產(chǎn)生和銷毀，是類實例的一部分
• 由于是實例的一部分，在類初始化的時候，從運(yùn)行時常量池取出直接引用或者值，與初始化的對象一起放入堆中

局部變量

• 局部變量是定義在類的方法中的變量
• 在所在方法被調(diào)用時放入虛擬機(jī)棧的棧幀中，方法執(zhí)行結(jié)束后從虛擬機(jī)棧中彈出，所以存放在虛擬機(jī)棧中

由final修飾的常量存放在哪里？

final關(guān)鍵字并不影響在內(nèi)存中的位置，具體位置請參考上一問題。

類常量池、運(yùn)行時常量池、字符串常量池有什么關(guān)系？有什么區(qū)別？

類常量池與運(yùn)行時常量池都存儲在方法區(qū)，而字符串常量池在jdk7時就已經(jīng)從方法區(qū)遷移到了java堆中。

在類編譯過程中，會把類元信息放到方法區(qū)，類元信息的其中一部分便是類常量池，主要存放字面量和符號引用，而字面量的一部分便是文本字符，在類加載時將字面量和符號引用解析為直接引用存儲在運(yùn)行時常量池；

對于文本字符來說，它們會在解析時查找字符串常量池，查出這個文本字符對應(yīng)的字符串對象的直接引用，將直接引用存儲在運(yùn)行時常量池；字符串常量池存儲的是字符串對象的引用，而不是字符串本身。

什么是字面量？什么是符號引用？

字面量

java代碼在編譯過程中是無法構(gòu)建引用的，字面量就是在編譯時對于數(shù)據(jù)的一種表示:

int a=1;//這個1便是字面量
String b="iloveu";//iloveu便是字面量

符號引用

由于在編譯過程中并不知道每個類的地址，因為可能這個類還沒有加載，所以如果你在一個類中引用了另一個類，那么你完全無法知道他的內(nèi)存地址，那怎么辦，我們只能用他的類名作為符號引用，在類加載完后用這個符號引用去獲取他的內(nèi)存地址。

例子：我在com.demo.Solution類中引用了com.test.Quest，那么我會把com.test.Quest作為符號引用存到類常量池，等類加載完后，拿著這個引用去方法區(qū)找這個類的內(nèi)存地址。