Java内存区域划分、内存分配原理

转载自：http://blog.csdn.net/OyangYujun/article/details/41173747

 运行时数据区域

        Java虚拟机在执行Java的过程中会把管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，而有的区域则依赖线程的启动和结束而创建和销毁。

       Java虚拟机包括下面几个运行时数据区域：



        程序计数器

        程序计数器是一块较小的区域，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的模型里，字节码指示器就是通过改变程序计数器的值来指定下一条需要执行的指令。分支，循环等基础功能就是依赖程序计数器来完成的。

        由于java虚拟机的多线程是通过轮流切换并分配处理器执行时间来完成，一个处理器同一时间只会执行一条线程中的指令。为了线程恢复后能够恢复正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，以确保线程之间互不影响。所以程序计数器是“线程私有”的内存。

        如果虚拟机正在执行的是一个Java方法，则计数器指定的是字节码指令对应的地址，如果正在执行的是一个本地方法，则计数器指定问空undefined。程序计数器区域是Java虚拟机中唯一没有定义OutOfMemory异常的区域。

        Java虚拟机栈

        和程序计数器一样也是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：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。

        通常所说的虚拟机运行时分为栈和堆，这里的栈指的就是虚拟机栈或者说虚拟机栈中的局部变量表部分。

        局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。局部变量表所需的内存空间在编译器完成分配，当进入一个方法时这个方法需要在帧中分配多大的内存空间是完全确定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。（64为长度的long和double会占用两个局部变量空间，其他的数据类型占用一个）

        Java虚拟机栈可能出现两种类型的异常：1. 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的栈深度，将抛出StackOverflowError。2.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。

        本地方法栈

        本地方法栈和虚拟机栈基本类似，只不过Java虚拟机栈执行的是Java代码（字节码），本地方法栈中执行的是本地方法的服务。本地方法栈中也会抛出StackOverflowError和OutOfMemory异常。

        

        堆

        堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是所有线程共享的一块区域，在虚拟机启动时创建。堆的唯一目的是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配，不过随着JIT编译器的发展和逃逸技术的成熟，栈上分配和标量替换技术使得这种情况发生着微妙的变化，对上分配正变得不那么绝对。

附：在Java编程语言和环境中，即时编译器（JIT compiler，just-in-time compiler）是一个把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。当你写好一个Java程序后，源语言的语句将由Java编译器编译成字节码，而不是编译成与某个特定的处理器硬件平台对应的指令代码（比如，Intel的Pentium微处理器或IBM的System/390处理器）。字节码是可以发送给任何平台并且能在那个平台上运行的独立于平台的代码。

        Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以也称为“GC堆”。由于现在的垃圾收集器基本上都是采用分代收集算法，所以Java堆还可细分为:新生代和老生代。在细致一点可分为Eden空间，From
Survivor空间，To Survivor空间。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java堆可划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，都是用来存放对象实例。细分的目的是为了更好的回收内存或者更快的分配内存。

        Java堆可以是物理上不连续的空间，只要逻辑上连续即可，主流的虚拟机都是按照可扩展的方式来实现的。如果当前对中没有内存完成对象实例的创建，并且不能在进行内存扩展，则会抛出OutOfMemory异常。

         方法区

         方法区也是线程共享的区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量和即时编译器（JIT）编译后的代码等数据。Java虚拟机把方法区描述为堆的一个逻辑分区，不过方法区有一个别名Non-Heap(非堆)，用于区别于Java堆区。

         Java虚拟机规范对这个区域的限制也非常宽松，除了可以是物理不连续的空间外，也允许固定大小和扩展性，还可以不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的（所以常量和静态变量的定义要多注意）。方法区的内存收集还是会出现，不过这个区域的内存收集主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

        一般来说方法区的内存回收比较难以令人满意。当方法区无法满足内存分配需求时将抛出OutOfMemoryError异常。

 

       运行时常量池

       运行时常量池是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本，字段，方法，接口等信息以外，还有一项信息是常量池用于存储编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分信息将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。Java虚拟机对类的每一部分（包括常量池）都有严格的规定，每个字节用于存储哪种数据都必须有规范上的要求，这样才能够被虚拟机认可，装载和执行。一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。

        运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java虚拟机并不要求常量只能在编译期产生，也就是并非预置入Class文件常量池的内容才能进入方法区的运行时常量池中，运行期间也可将新的常量放入常量池中。

       常量池是方法区的一部分，所以受到内存的限制，当无法申请到足够内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

       

       对象访问

       对象访问在Java语言中无处不在，即使是最简单的访问，也会涉及到Java栈，java堆，方法区这三个最重要的内存区域之间的关联关系。如下面的代码：

       Object obj = new Object();

       假设这段代码出现在方法体中，那么“Object obj”部分的语义将会反映到Java栈的本地变量表中，作为一个reference类型的数据存在。而“new Object();”部分的语义将会反应到Java堆中，形成一块存储Object类型所有实例数据值（Instance Data）的结构化内存，根据具体类型以及虚拟机实现的对象分布的不同，这块内存的长度是不固定的。另外，在JAVA堆中还必须包含能查找到此对象内存数据的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。

       由于reference类型在Java虚拟机中之规定了指向对象的引用，并没有规定这个引用要通过哪种方式去定位，以及访问到Java堆中的对象的具体位置，因此虚拟机实现的对象访问方式会有所不同。主流的访问方式有两种：句柄访问方式和直接指针。

       1. 如果使用句柄访问方式，Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。

     


       2. 如果通过直接指针方式访问，Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象的地址。

        


        两种方式各有优势，局并访问方式最大的好处是reference中存放的是稳定的句柄地址，在对象被移动时，只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要被修改。而指针访问的最大优势是速度快，它节省了一次指针定位的开销，由于对象访问在Java中非常频繁，一次这类开销积少成多后也是一项非常可观的成本。

     
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  具体的访问方式都是有虚拟机指定的，虚拟机Sun HotSpot使用的是直接指针方式，不过从整个软件开发的范围来看，各种语言和框架使用句柄访问方式的情况十分常见。

java中的String类常量池详解

从一个博客上看到的6个题，先看看吧，如果都会了，这部分的知识就掌握的不错啦！输出结果在代码注释后面：

test1：

package StringTest;

public class test1 {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args){
String a = "a1";
String b = "a"+ 1;
System.out.println(a==b);
}//true

}

test2：

package StringTest;

public class test2 {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args){
String a = "ab";
String bb = "b";
String b = "a"+ bb;    //编译器不能确定为常量
System.out.println(a==b);
}//false

}

test3：

package StringTest;

public class test3 {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args){
String a = "ab";
final String bb = "b";
String b = "a"+ bb;    //bb加final后是常量，可以在编译器确定b
System.out.println(a==b);
}//true

}

test4：

package StringTest;

public class test4 {

/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args){
String a = "ab";
final String bb = getBB();
String b = "a"+ bb;//bb是通过函数返回的，虽然知道它是final的，但不知道具体是啥，要到运行期才知道bb的值
System.out.println(a==b);
}//false
private static String getBB(){ return "b"; }

}

test5：

package StringTest;

public class test5 {

/**
* @param args
*/
private static String a = "ab";
public static void main(String[] args){
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s = s1 + s2;//+的用法
System.out.println(s == a);
System.out.println(s.intern() == a);//intern的含义
}//flase true

}

test6：

package StringTest;

public class test6 {

/**
* @param args
*/
private static String a = new String("ab");
public static void main(String[] args){
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s = s1 + s2;
System.out.println(s == a);
System.out.println(s.intern() == a);
System.out.println(s.intern() == a.intern());
}//flase false true
}

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String常量池详解：

　　1.String使用private final char value[]来实现字符串的存储,也就是说String对象创建之后,就不能再修改此对象中存储的字符串内容,就是因为如此,才说String类型是不 可变的(immutable)。String类有一个特殊的创建方法,就是使用""双引号来创建.例如new
String("i am")实际创建了2个
　　String对象,一个是"i am"通过""双引号创建的,另一个是通过new创建的.只不过他们创建的时期不同,
　　一个是编译期,一个是运行期!java对String类型重载了+操作符,可以直接使用+对两个字符串进行连接。运行期调用String类的intern()方法可以向String Pool中动态添加对象。

　　

　　例1

　　String s1 = "sss111";

　　//此语句同上

　　String s2 = "sss111";

　　System.out.println(s1 == s2); //结果为true

　　例2

　　String s1 = new String("sss111");

　　String s2 = "sss111";

　　System.out.println(s1 == s2); //结果为false

　　例3

　　String s1 = new String("sss111");

　　s1 = s1.intern();

　　String s2 = "sss111";

　　System.out.println(s1 == s2);//结果为true

　　例4

　　String s1 = new String("111");

　　String s2 = "sss111";

　　String s3 = "sss" + "111";

　　String s4 = "sss" + s1;

　　System.out.println(s2 == s3); //true

　　System.out.println(s2 == s4); //false

　　System.out.println(s2 == s4.intern()); //true

　　

　　结果上面分析,总结如下:

　 　1.单独使用""引号创建的字符串都是常量,编译期就已经确定存储到String Pool中；

　　2，使用new String("")创建的对象会存储到heap中,是运行期新创建的；

　　3，使用只包含常量的字符串连接符如"aa" + "aa"创建的也是常量,编译期就能确定,已经确定存储到String Pool中；

　　4，使用包含变量的字符串连接符如"aa" + s1创建的对象是运行期才创建的,存储在heap中；

　　还有几个经常考的面试题:

　　

　　String s1 = new String("s1") ;

　　String s2 = new String("s1") ;

　　上面创建了几个String对象?

　　答案:3个 ,编译期Constant Pool中创建1个,运行期heap中创建2个.（用new创建的每new一次就在堆上创建一个对象，用引号创建的如果在常量池中已有就直接指向，不用创建）

　　String s1 = "s1";

　　String s2 = s1;

　　s2 = "s2";

　　s1指向的对象中的字符串是什么?

　　答案: "s1"。（永远不要忘了String不可变的，s2 = "s2";实际上s2的指向就变了，因为你不可以去改变一个String，）

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String是一个特殊的包装类数据。可以用： 

String str = new String("abc"); 

String str = "abc"; 

两种的形式来创建，第一种是用new()来新建对象的，它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。 

而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str，然后通过符号引用去字符串常量池里找有没有"abc",如果没有，则将"abc"存放进字符串常量池，并令str指向”abc”，如果已经有”abc” 则直接令str指向“abc”。 

比较类里面的数值是否相等时，用equals()方法；当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时，用==，下面用例子说明上面的理论。 

String str1 = "abc"; 

String str2 = "abc"; 

System.out.println(str1==str2); //true 

可以看出str1和str2是指向同一个对象的。 

String str1 =new String ("abc"); 

String str2 =new String ("abc"); 

System.out.println(str1==str2); // false 

用new的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。 

因 此用第二种方式创建多个”abc”字符串,在内存中其实只存在一个对象而已. 这种写法有利与节省内存空间. 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度，因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = new String("abc")；的代码，则一概在堆中创建新对象，而不管其字符串值是否相等，是否有必要创建新对象，从而加重了程序的负担。 

另 一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = "abc"；的格式定义类时，总是想当然地认为，创建了String类的对象str。担心陷阱！对象可能并没有被创建！而可能只是指向一个先前已经创建的 对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。 
由于String类的immutable性质，当String变量需要经常变换其值时，应该考虑使用StringBuffer类，以提高程序效率。 

1. 首先String不属于8种基本数据类型，String是一个对象。 

因为对象的默认值是null，所以String的默认值也是null；但它又是一种特殊的对象，有其它对象没有的一些特性。 

2. new String()和new String(”")都是申明一个新的空字符串，是空串不是null； 

3. String str=”kvill”；String str=new String (”kvill”)的区别

看例1： 

String s0="kvill"; 

String s1="kvill"; 

String s2="kv" + "ill"; 

System.out.println( s0==s1 ); 

System.out.println( s0==s2 ); 

结果为： 

true 

true 

首先，我们要知结果为道Java会确保一个字符串常量只有一个拷贝。 

因 为例子中的s0和s1中的”kvill”都是字符串常量，它们在编译期就被确定了，所以s0==s1为true；而”kv”和”ill”也都是字符串常 量，当一个字符串由多个字符串常量连接而成时，它自己肯定也是字符串常量，所以s2也同样在编译期就被解析为一个字符串常量，所以s2也是常量池中” kvill”的一个引用。所以我们得出s0==s1==s2；用new String() 创建的字符串不是常量，不能在编译期就确定，所以new String() 创建的字符串不放入常量池中，它们有自己的地址空间。 

看例2： 

String s0="kvill"; 

String s1=new String("kvill"); 

String s2="kv" + new String("ill"); 

System.out.println( s0==s1 ); 

System.out.println( s0==s2 ); 

System.out.println( s1==s2 ); 

结果为： 

false 

false 

false 

例 2中s0还是常量池中"kvill”的应用，s1因为无法在编译期确定，所以是运行时创建的新对象”kvill”的引用，s2因为有后半部分 new String(”ill”)所以也无法在编译期确定，所以也是一个新创建对象”kvill”的应用;明白了这些也就知道为何得出此结果了。 

4. String.intern()： 

再补充介绍一点：存在于.class文件中的常量池，在运行期被JVM装载，并且可以扩充。String的intern()方法就是扩充常量池的 一个方法；当一个String实例str调用intern()方法时，Java查找常量池中是否有相同Unicode的字符串常量，如果有，则返回其的引用，如果没有，则在常量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用；看例3就清楚了 

例3： 

String s0= "kvill"; 

String s1=new String("kvill"); 

String s2=new String("kvill"); 

System.out.println( s0==s1 ); 

System.out.println( "**********" ); 

s1.intern(); 

s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用赋给s2 

System.out.println( s0==s1); 

System.out.println( s0==s1.intern() ); 

System.out.println( s0==s2 ); 

结果为： 

false 

********** 

false //虽然执行了s1.intern(),但它的返回值没有赋给s1 

true //说明s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用 

true 

最 后我再破除一个错误的理解：有人说，“使用 String.intern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中 ，如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中，那么该方法返回表中已有字符串的地址，如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话，他的最后一句话，”如果在表中没有相同值的字符串，则将自己的地址注册到表中”是错的： 

看例4： 

String s1=new String("kvill"); 

String s2=s1.intern(); 

System.out.println( s1==s1.intern() ); 

System.out.println( s1+" "+s2 ); 

System.out.println( s2==s1.intern() ); 

结果： 

false 

kvill kvill 

true 

在这个类中我们没有声名一个”kvill”常量，所以常量池中一开始是没有”kvill”的，当我们调用s1.intern()后就在常量池中新添加了一个”kvill”常量，原来的不在常量池中的”kvill”仍然存在，也就不是“将自己的地址注册到常量池中”了。 

s1==s1.intern()为false说明原来的”kvill”仍然存在；s2现在为常量池中”kvill”的地址，所以有s2==s1.intern()为true。