深入理解Java虚拟机 读书笔记

Java的内存区域

• 程序计数器，就是操作系统里面的PC指针，指向当前执行的代码的地址，线程私有。
• Java虚拟机栈，线程私有，每个线程对应一个栈，每个方法对应一个栈帧，一个方法的执行就是出栈入栈的过程。
• Java堆，线程共享的，用于存放对象的实例，垃圾收集管理的主要区域，大部分GC采用分代收集法，所以GC区分为新生代和老年代。（更详细的垃圾回收部分后面会讲）
• 方法区，所有线程共享的，存储已经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。
• 运行时常量池，方法区的一部分，编译期生成的各种字面量和符号引用。
• 直接内存，NIO，基于通道与缓冲区的IO方式，使用native函数库直接分配堆外内存，通过Java堆中的DirectByteBuffer作为这块内存的引用进行操作，避免了在Java堆和Native堆中来回的复制数据。

Java对象的创建

根据new关键字后面的参数定位到常量池中的符号引用，然后检查类加载没，没加载就加载了，加载后就知道对象要分配的空间大小了，然后根据要分配的空间大小从Java堆上划出来一块。如果Java堆是规整的，就是使用“指针碰撞”法，分配内存就把指针往后移一下。如果Java堆是不规整的，空闲的和使用的交错放置的，就使用“空闲列表”法。使用哪种方法取决于GC，如果GC带压缩整理，垃圾回收的时候能顺便把内存归拢起来就指针碰撞法，否则就空闲列表。
同时，对象创建的过程在并发情况下并不是线程安全的，如果一个指针还没来得及挪，另一个就挪好了，然后这个指针记录了错误的位置，这种情况就GG了。所以有两种解决的办法，其实本质上都是一种，就是同步锁定（CAS和失败重试详见http://blog.csdn.net/hsuxu/article/details/9467651），第一种是每一次new的时候都进行同步锁定。第二种是搞了个本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer, TLAB），每个线程有一小块缓冲，这样一般情况下分配内存的时候可以直接从缓冲取缓冲一下，只有在TLAB用完并重新分配的时候同步一下。其实本质上第二种方法也是同步，只不过减少了同步使用的次数。
内存划出去以后，再执行设置对象的类的元信息，哈希码，GC分代年龄等信息，放到对象头（Object Header）中。最后执行对象的构造函数，香喷喷热腾腾的对象就做好了。

对象的内存布局

对象头，实例数据，对齐补充
对象头两部分，一部分是对象自身运行的数据，Hash码、GC分代年龄、锁状态标志。。。“Mark Word”。另一部分是指向类元数据的指针，表明它是哪个类的实例，如果是数组，还会有一个数组长度的数据。
实例数据，就是干货，就是java里面写的那些东西，无论是父类继承下来的，还是子类定义的，按照虚拟机分配策略参数和java代码里面的定义顺序排序。
对齐补充，HotSpot对象的起始地址规定是8字节的整数倍，所以对象的大小必须是8字节的整数倍，所以需要对齐补充。

对象的访问定位

Java程序是通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象，由reference定位访问到堆上对象的方法取决于虚拟机的设定，主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。

使用句柄需要在Java堆中划出来一块内存放句柄池，然后通过句柄池访问实例和方法区中的对象类型数据。

直接指针访问就是直接指到Java堆对象实例所在的位置，然后对象实例所在的位置会有个指针指向方法区的对象类型数据。
使用句柄的好处是方便归拢，比如垃圾回收时经常会移动对象，只需要改变句柄中的实例数据的指针即可，reference本身不需要修改。
使用直接指针的好处就是一个字“快”，速度更快，没有那么多屁事，不需要绕弯子，reference直接怼到对象实际的位置上，对象访问那么频繁，这样可以大大的提速。Sun HotSpot就是用的这种方式。

实战之——OutOfMemoryError异常（传说中的OOM）

除了程序计数器以外，其它的几个虚拟机内存运行时区域都有可能发生OOM

Java堆溢出

只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径避免垃圾回收，那么对象数量到达最大堆的容量限制之后就会产生内存溢出异常。
示例代码：

/** * * VM Args: -Xms20m -Xmx20m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError * @author DC * */
public class HeapOOM {

    static class OOMObject{

    }

    public static void main(String[] args) {
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
        while(true){
            list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

使用内存映像分析工具，首先分析内存中的是否是必要的，也就是分清楚到底是内存泄露（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）。
如果是内存泄露，可以通过工具查看泄露对象到GC Roots的引用链。
如果不是内存泄露，也就是内存中的对象都必须活着，那么就是虚拟机参数设置小了，那么就修改参数（-Xms和-Xmx）

JVM对那些没有根引用的对象进行来及回收，也就是无法从根对象中追述的对象。

JVM垃圾回收的根对象的范围有以下几种：

1、栈中引用的对象，引用是在栈帧中的本地变量表中的，真正的对象在堆中

2、方法区perm中的类静态属性引用的对象，以及常量引用的对象

3、本地方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象

虚拟机栈和本地方法栈溢出

虚拟机请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，抛出StackOverflowError异常。
扩展栈时没有申请到足够大的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。
单线程模式下，无论是栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，一般都只会抛出StackOverflowError异常。
多线程模式下，会产生OutOfMemoryError异常，为每个线程分配的栈越大越容易异常，因为除去堆区和方法区的部分如果不够线程瓜分，就会内存溢出，跟栈没关系。

方法区和运行时常量池溢出

方法区是用来存放Class的相关信息，如类名、访问修饰符、常量池、字段描述、方法描述等。
CGLIB(Code Generation Library)是一个代码生成的库，Spring的AOP和Hibernate的OR Mapping都是通过它来实现的。它可以实现动态的代理，比如AOP就是通过它来实现的。JDK自带的代理需要代理的对象实现一个接口，而使用了CGLIB的AOP就不需要这些东西，因为它的底层是一个小而快的字节码处理框架ASM，使用它可以把原来的class封装起来实现方法的拦截。