Java内存分析（1）——内存分区和分配过程

我们已经习惯于写出类似

Object obj=new Object();

型的语句，然而背后究竟发生了什么？从JVM内存结构分析更有助于加深理解记忆。下面试着举例说明：

JVM内存分区：

如上图所示，JVM主要分为以上几块：程序计数器，本地方法栈，虚拟机栈，堆和方法区。稍微粗糙一些得分法是JVM分为栈和堆，栈包括虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器，堆分为堆和方法区。需要说明的是这里所说的Java内存和硬件上的内存并不能完全对应，Java内存还可能包含CPU的寄存器，高速缓存等。

程序计数器

程序计数器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则程序计数器中不存储任何信息。

本地方法栈

众所周知，Java的底层是C实现的，所有调用的C代码都被称为本地方法（native method）。JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。

虚拟机栈

JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址。

以上三块是伴随着线程同生共死的，生命周期由编译器控制。

堆 Java Heap

它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Java Heap是线程共享的。Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

方法区

方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息。方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC。

其中，方法区中有一个运行常量池：存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等。

内存分配过程

了解了JVM的内存分区，接下来就以实例分析到底变量都存放在哪里。由于下面的例子和本地方法栈，程序计数器关系不大，所以暂时略去。

一段司空见惯的代码：

public class student{
String name;
Integer age;
String score
public void study(){
system.out.println("I am studing");
}
public void sayHello(){
system.out.println("Hello");
}
}

public class computer(){
String brand;
String speed;
}

public class test(){
public static void main(String args[]){
Student stu1 =new Student();
stu1.name="wang";
stu1.age=24;

Student stu2=new Student();
stu2.name="li";
stu2.age=23;

stu1.computer.brand="Lenovo";
stu1.speed="2.5GHz"
}
}

内存存储详情图：



由图中所示：

栈存储的是局部变量，如上述代码中的stu1，stu2。

堆的heap区存储的是new创建出的变量。

堆的方法区存储的是类的方法（动态，静态），变量（动态，静态），常量。

我们知道：Java中，除了基本数据类型，都是引用类型，也就是说这些数据类型存的都是引用地址，直至一个接一个的引用，最终指向到基本类型，基本类型存储的才是值的本身。

这样就可以理解图中的所有箭头，一条箭头代表一个引用，箭尾是引用的地址，箭尖是被引用的变量。

由此，我们来剖析代码在内存中是如何实现的：

1，首先JRE加载了编译好的class文件，将相关类的方法，变量，常量都放到了类区。然后开始执行语句。

2，执行第一句语句

Student stu1=new Student();

按照Java由右向左逐步执行的机制，首先是运行new Student()在Java Heap中开辟出一个可以存储Student类所有属性和方法的引用的连续空间。方法都指向了方法区的对应方法，而属性在未赋值的情况下都是null或0。

之后是执行Student stu1在栈空间内分配一个空间存储一个存储Student类型变量引用的空间。

最后运行等号，等号就是将变量区中变量的地址赋值给栈中的变量，即建立了引用关系。

3, 执行第二句：

stu1.name="wang";

“wang”是一个已经存在于方法区的常量，stu1.name是变量区中的一个空变量，等号将两者连接，将“wang”的地址赋给了stu1.name。

以此类推，以下都如图所示。被赋值的变量存储了相应的地址，未赋值的保持为空。

4，值得注意的是，Java Heap的变量也可以相互引用，例如

stu1.computer

就是从一个变量引用到另一个变量。

静态变量与方法与与一般变量和方法所不同的是，在用new关键词创建类对象时，这个类里面的static变量和方法不会被初始化，栈中的对象直接对它们进行引用。因此，静态方法无需实例化即可使用，静态变量被类的所有实例所共享。

顺带提一句垃圾回收机制（garbage collection），Java采用的是自动的垃圾回收机制，当虚拟机，发现某一个变量在之后不会被使用到，例如图中stu1已经用完了，就会把stu1引用的一整块在变量区的内容释放掉。

垃圾回收是一个后台线程，在不知不觉中帮我们管理着内存，好处是解放了程序员，编写程序少操了一份心，坏处是相比C++这种需要主动释放内存的语言少了一点灵活性。Java可以使用System.gc()来提醒虚拟机可以考虑进行一下垃圾回收，但是系统可能不一定听你的，你可以建议，但做不做由它，Java这种脾气在很多地方都有体现。

总结一下，

Java内存管理分为两大块，栈和堆，堆又分为变量区和类区；

栈引用变量区，变量区引用类区，变量区还相互引用，类区内部也相互引用；

Java的有自动的垃圾回收机制，可以将不再被使用的变量释放。

核心：一定要深入理解Java的引用机制。