内存管理机制-内存模型与对象的访问

RoadMap

虚拟机中的逻辑结构

虚拟机中的内存结构根据虚拟机规范划分出了五个常用区域，这些区域各自有各自的用途，有些随用户线程而存在，有些则随虚拟机进程而存在。
五个区域分别为，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器，堆，方法区

程序计数器 (Program Counter Register, PCR)

程序计数器是随线程而生的，它是线程独立的，用来记录当前线程的字节码与指令，保证下一次线程唤醒之后，能回到正确的执行位置，说白了就是线程唤醒能继续执行。
程序计数器是一块非常小的内存区域，也是唯一一个没有规定任何OutOfMemoryError的区域

虚拟机栈 (Virtual Machine Stack, VM Stack)

虚拟机栈也是线程私有的，它描述了Java方法执行的内存模型：每个方法被执行是都会创建一个帧栈(Stack Frame) 用于存储 局部变量表 操作数栈 动态链接 方法出口。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就是对应着一个帧栈在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的基本类型和引用类型。
在这个区域中，虚拟机规范规定了两种异常情况，StackOverflowError：当线程请求栈的深度大于虚拟机允许的深度，将会抛出此异常。 OutOfMemoryErro：当虚拟机栈在动态扩展长度时，无法申请到足够内存时将会抛出此异常

本地方法栈 (Native Method Stack, NM Stack)

本地方法栈与虚拟机栈发挥的作用非常类似，主要是为本地方法服务，虚拟机栈是为Java 方法服务的。 有些虚拟机实现 如 HotSpot 已经将NM Stack 和VM Stack 合二为一了

堆 （Heap）

heap 是java 虚拟机管理的内存中最大的一块，也是线程共享的。在虚拟机启动时 自动创建。
除了JIT编译和逃逸分析技术下的对象，绝大多数的对象实例和数组都在堆上分配。
同时 堆也是 垃圾收集器(Garbage Collection)主要工作的区域。
如果堆中没有可分配的内存空间会抛出OutOfMemoryError

方法区

方法区与堆一样 是线程共享的，用于存储常量，静态变量，加载的类信息，即时编译的代码数据块。虽说 虚拟机规范把方法区化为堆的一部分，它却又一个别名non-heap,有意把它和堆区分开了，有些地方也把这地方称为，永久代，主要是因为把GC收集扩展至这个区域了或者说用永久代来实现方法区的功能。
当方法去无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError
方法去主要存有：
*类信息
*类变量
*类型常量池
*方法信息
String常量池便是其中之一。

直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java
虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致
OutOfMemoryError 异常出现，所以我们放到这里一起讲解。
在JDK 1.4 中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）
与缓冲区（Buffer）的I/O 方式，它可以使用Native 函数库直接分配堆外内存，然
后通过一个存储在Java 堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行
操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java 堆和Native 堆中来
回复制数据。

堆中的分代划分

heap 中内存划分基于分代思想 主要分为 新生代，老年代和存活区。

新生代 Eden

大多数情况下，对象在新生代中分配。当Eden区没有足够的空间的时候会发起一次MinorGC

老年代 Old Generation

大对象直接进入老年代，所谓大对象就是指需要大量连续内存空间的Java 对象，如数组，字符串等。
同时基于分代思想，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄。当对象在Eden区经过MinorGC后还生存下来后，会被移动到Suivior Space中并记为年龄为1，并且在Suivior Space 每经过一次GC后 对其中存活的对象年龄加1，当对象年龄超过一定的阈值(默认为15)时，将会被移动到老年代。

存活区 Suivivor Space

存活区有点像青年代，用于那些新生代存活下来而未到达老年代的对象。
同时 存活区分为From，to 两块空间相同的区域，作为复制回收算法的区域

如果只是按照对象年龄阀值来判断是否需要移动到老年代，难以应付多变的内存情况，加入在存活区有着非常大量的年轻对象(2,3，4,5,6，7岁等)以至于 存活区内存不太够用的情况。对于这种情况，survivor有一个动态年龄判定。在存活区中的相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就直接进入老年代。

对象访问方式

Object obj = new Object()
Object obj 声明了一个引用对象
new Object() 在堆中开辟了空间并生成对象
所谓对象的访问方式是指，引用类型obj如何定位到堆中的具体对象Object()的。

虚拟机中主流的方式有两种直接指针和句柄池

句柄池

如果使用句柄访问方式，堆中会划分出一小块内存作为句柄池，reference存储的是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和各自数据的具体地址信息。优点在于，reference存储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，reference本身不需要改变。

直接指针

如果使用饿了直接指针访问，reference中直接存储了对象的地址。次方式的优点在于节约对象访问方式，对于频繁的访问对象，直接指针节约了一个层级的访问时间。