2. Java内存区域
Java程序内存的分配是在JVM虚拟机内存分配机制下完成。
Java内存模型（Java Memory Model ,JMM）就是一种符合内存模型规范的，屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异的，保证了Java程序在各种平台下对内存的访问都能保证效果一致的机制及规范。
简要言之，jmm是jvm的一种规范，定义了jvm的内存模型。它屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异，不像c那样直接访问硬件内存，相对安全很多，它的主要目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时，存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。可以保证并发编程场景中的原子性、可见性和有序性。
对于一个处理器(如果是多核cpu那就是一核)，在一个确定的时刻都只会执行一条线程中的指令，一条线程中有多个指令，为了线程切换可以恢复到正确执行位置，每个线程都需有独立的一个程序计数器，不同线程之间的程序计数器互不影响，独立存储。
注意：如果线程执行的是个java方法，那么计数器记录虚拟机字节码指令的地址。如果为native【底层方法】，那么计数器为空。这块内存区域是虚拟机规范中唯一没有OutOfMemoryError的区域。
2.1.2 Java栈（虚拟机栈）
每个方法被执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法被调用的过程就对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程
栈帧: 是用来存储数据和部分过程结果的数据结构。栈帧的位置: 内存 -> 运行时数据区 -> 某个线程对应的虚拟机栈 -> here[在这里] 栈帧大小确定时间: 编译期确定，不受运行期数据影响。
局部变量表:一片连续的内存空间，用来存放方法参数，以及方法内定义的局部变量，存放着编译期间已知的数据类型(八大基本类型和对象引用(reference类型),returnAddress类型。它的最小的局部变量表空间单位为Slot，虚拟机没有指明Slot的大小，但在jvm中，long和double类型数据明确规定为64位，这两个类型占2个Slot，其它基本类型固定占用1个Slot。
1、reference类型:与基本类型不同的是它不等同本身，即使是String，内部也是char数组组成，它可能是指向一个对象起始位置指针，也可能指向一个代表对象的句柄或其他与该对象有关的位置。
2、returnAddress类型:指向一条字节码指令的地址
需要注意的是，局部变量表所需要的内存空间在编译期完成分配，当进入一个方法时，这个方法在栈中需要分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表大小。
Java虚拟机栈可能出现两种类型的异常：
- 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的栈深度，将抛出*Error。
- 虚拟机栈空间可以动态扩展，当动态扩展是无法申请到足够的空间时，抛出OutOfMemory异常。
2.1.3 本地方法栈
本地方法栈是与虚拟机栈发挥的作用十分相似,区别是虚拟机栈执行的是Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务，可能底层调用的c或者c++,我们打开jdk安装目录可以看到也有很多用c编写的文件，可能就是native方法所调用的c代码。
2.1.4 堆
对于大多数应用来说，堆是java虚拟机管理内存最大的一块内存区域，因为堆存放的对象是线程共享的，所以多线程的时候也需要同步机制
java虚拟机规范对这块的描述是:所有对象实例及数组都要在堆上分配内存，但随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，这个说法也不是那么绝对，但是大多数情况都是这样的。
即时编译器:可以把把Java的字节码，包括需要被解释的指令的程序）转换成可以直接发送给处理器的指令的程序)
逃逸分析:通过逃逸分析来决定某些实例或者变量是否要在堆中进行分配，如果开启了逃逸分析，即可将这些变量直接在栈上进行分配，而非堆上进行分配。这些变量的指针可以被全局所引用，或者其其它线程所引用。
注意:它是所有线程共享的，它的目的是存放对象实例。同时它也是GC所管理的主要区域，因此常被称为GC堆，又由于现在收集器常使用分代算法，Java堆中还可以细分为新生代和老年代，再细致点还有Eden(伊甸园)空间之类的不做深究。
根据虚拟机规范，Java堆可以存在物理上不连续的内存空间，就像磁盘空间只要逻辑是连续的即可。它的内存大小可以设为固定大小，也可以扩展。
当前主流的虚拟机如HotPot都能按扩展实现(通过设置 -Xmx和-Xms)，如果堆中没有内存内存完成实例分配，而且堆无法扩展将报OOM错误(OutOfMemoryError)
2.1.5 方法区
方法区同堆一样，是所有线程共享的内存区域，为了区分堆，又被称为非堆。
用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，如static修饰的变量加载类的时候就被加载到方法区中。
运行时常量池
是方法区的一部分，class文件除了有类的字段、接口、方法等描述信息之外，还有常量池用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用。
在老版jdk，方法区也被称为永久代【因为没有强制要求方法区必须实现垃圾回收，HotSpot虚拟机以永久代来实现方法区，从而JVM的垃圾收集器可以像管理堆区一样管理这部分区域，从而不需要专门为这部分设计垃圾回收机制。不过自从JDK7之后，Hotspot虚拟机便将运行时常量池从永久代移除了。】
native方法:作用是如果字符串常量池已经包含一个等于这个String对象的字符串，则返回代表池中的这个字符串的String对象，在jdk1.6及以前常量池分配在永久代中。可通过 -XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小。
这个错是因为GC占用了多余98%（默认值）的CPU时间却只回收了少于2%（默认值）的堆空间。
目的是为了让应用终止，给开发者机会去诊断问题。一般是应用程序在有限的内存上创建了大量的临时对象或者弱引用对象，从而导致该异常。虽然加大内存可以暂时解决这个问题，但是还是强烈建议去优化代码，后者更加有效，也可通过UseGCOverheadLimit避免[不推荐，这里是因为测试用，并不能解决根本问题]
jdk8真正开始废弃永久代，而使用元空间(Metaspace)
java虚拟机对方法区比较宽松，除了跟堆一样可以不存在连续的内存空间，定义空间和可扩展空间，还可以选择不实现垃圾收集。
2.2 对象的内存布局
在HotSpot虚拟机中。对象在内存中存储的布局分为
1.对象头 2.实例数据 3.对齐填充
2.2.1 对象头【markword】
在32位系统下，对象头8字节，64位则是16个字节【未开启压缩指针，开启后12字节】。
markword很像网络协议报文头，划分为多个区间，并且会根据对象的状态复用自己的存储空间。为什么这么做:省空间，对象需要存储的数据很多，32bit/64bit是不够的，它被设计成非固定的数据结构以便在极小的空间存储更多的信息，假设当前为32bit，在对象未被锁定情况下。25bit为存储对象的哈希码、4bit用于存储分代年龄，2bit用于存储锁标志位，1bit固定为0。
HotSpot底层通过markOop实现Mark Word，具体实现位于markOop.hpp文件。
markOop中提供了大量方法用于查看当前对象头的状态，以及更新对象头的数据，为synchronized锁的实现提供了基础。[比如说我们知道synchronized锁的是对象而不是代码，而锁的状态保存在对象头中，进而实现锁住对象]。
2.2.2 实例数据
存放对象程序中各种类型的字段类型，不管是从父类中继承下来的还是在子类中定义的。分配策略:相同宽度的字段总是放在一起，比如double和long
2.2.3 对齐填充
这部分没有特殊的含义，仅仅起到占位符的作用满足JVM要求。
由于HotSpot规定对象的大小必须是8的整数倍，对象头刚好是整数倍，如果实例数据不是的话，就需要占位符对齐填充。
2.3 对象的访问定位
对象的访问方式由虚拟机决定，java虚拟机提供两种主流的方式 1.句柄访问对象 2.直接指针访问对象。(Sun HotSpot使用这种方式)
2.3.1 句柄访问
简单来说就是java堆划出一块内存作为句柄池,引用中存储对象的句柄地址,句柄中包含对象实例数据、类型数据的地址信息。
优点:引用中存储的是稳定的句柄地址,在对象被移动【垃圾收集时移动对象是常态】只需改变句柄中实例数据的指针，不需要改动引用【ref】本身。
2.3.2 直接指针
与句柄访问不同的是，ref中直接存储的就是对象的实例数据,但是类型数据跟句柄访问方式一样。
优点:优势很明显，就是速度快，相比于句柄访问少了一次指针定位的开销时间。【可能是出于Java中对象的访问时十分频繁的,平时我们常用的JVM HotSpot采用此种方式】
3.内存溢出
两种内存溢出异常[注意内存溢出是error级别的] 1.*Error:当请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度 2.OutOfMemoryError:虚拟机在扩展栈时无法申请到足够的内存空间[一般都能设置扩大]
java -verbose:class -version 可以查看刚开始加载的类，可以发现这两个类并不是异常出现的时候才去加载，而是jvm启动的时候就已经加载。这么做的原因是在vm启动过程中我们把类加载起来，并创建几个没有堆栈的对象缓存起来，只需要设置下不同的提示信息即可，当需要抛出特定类型的OutOfMemoryError异常的时候，就直接拿出缓存里的这几个对象就可以了
比如说OutOfMemoryError对象，jvm预留出4个对象【固定常量】，这就为什么最多出现4次有堆栈的OutOfMemoryError异常及大部分情况下都将看到没有堆栈的OutOfMemoryError对象的原因。
4.GC简介
哪些内存要回收
java内存模型中分为五大区域已经有所了解。我们知道
程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，由线程而生，随线程而灭，其中栈中的栈帧随着方法的进入顺序的执行的入栈和出栈的操作，一个栈帧需要分配多少内存取决于具体的虚拟机实现并且在编译期间即确定下来【忽略JIT编译器做的优化，基本当成编译期间可知】，当方法或线程执行完毕后，内存就随着回收，因此无需关心。而
Java堆、方法区则不一样。方法区存放着类加载信息，但是一个接口中多个实现类需要的内存可能不太一样，一个方法中多个分支需要的内存也可能不一样【只有在运行期间才可知道这个方法创建了哪些对象没需要多少内存】，这部分内存的分配和回收都是动态的，gc关注的也正是这部分的内存。
Java堆是GC回收的“重点区域”。堆中基本存放着所有对象实例，gc进行回收前，第一件事就是确认哪些对象存活，哪些死去[即不可能再被引用]
4.2 堆的回收区域
为了高效的回收，jvm将堆分为三个区域 1.新生代（Young Generation）NewSize和MaxNewSize分别可以控制年轻代的初始大小和最大的大小 2.老年代（Old Generation） 3.永久代（Permanent Generation）【1.8以后采用元空间，就不在堆中了】
5 判断对象是否存活算法
1.引用计数算法 早期判断对象是否存活大多都是以这种算法，这种算法判断很简单，简单来说就是给对象添加一个引用计数器，每当对象被引用一次就加1，引用失效时就减1。当为0的时候就判断对象不会再被引用。优点:实现简单效率高，被广泛使用与如python何游戏脚本语言上。缺点:难以解决循环引用的问题，就是假如两个对象互相引用已经不会再被其它其它引用，导致一直不会为0就无法进行回收。
2.可达性分析算法 目前主流的商用语言[如java、c#]采用的是可达性分析算法判断对象是否存活。这个算法有效解决了循环利用的弊端。它的基本思路是通过一个称为“GC Roots”的对象为起始点，搜索所经过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用跟它连接则证明对象是不可用的。
可作为GC Roots的对象有四种
①虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象，就是平时所指的java对象，存放在堆中。
②方法区中的类静态属性引用的对象，一般指被static修饰引用的对象，加载类的时候就加载到内存中。③方法区中的常量引用的对象,
④本地方法栈中JNI（native方法)引用的对象
要真正宣告对象死亡需经过两个过程。
1.可达性分析后没有发现引用链
2.查看对象是否有finalize方法，如果有重写且在方法内完成自救[比如再建立引用]，还是可以抢救一下，注意这边一个类的finalize只执行一次，这就会出现一样的代码第一次自救成功第二次失败的情况。[如果类重写finalize且还没调用过，会将这个对象放到一个叫做F-Queue的序列里，这边finalize不承诺一定会执行，这么做是因为如果里面死循环的话可能会时F-Queue队列处于等待，严重会导致内存崩溃，这是我们不希望看到的。]