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JAVA是一座圍城，Java開發(fā)不需要像C、C++開發(fā)人員那樣，維護每個對象從開始到終結(jié)的職責(zé)。因為Java虛擬機會幫助我們完成這些職責(zé)，但是一旦發(fā)生內(nèi)存泄漏和溢出，就需要我們排查。

Java虛擬機執(zhí)行Java程序時，把它管理的整個內(nèi)存區(qū)域稱為運行時數(shù)據(jù)區(qū)。同時根據(jù)區(qū)域的用途，以及創(chuàng)建和銷毀時間等因素，將運行時數(shù)據(jù)區(qū)分成不同的區(qū)域。

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器表示當(dāng)前線程所執(zhí)行字節(jié)碼指令的行號計數(shù)器。字節(jié)碼解釋器通過改變程序計數(shù)器的值，選取下一條需要執(zhí)行的指令。為了保證線程切換之后恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要獨立的程序計數(shù)器，所以程序計數(shù)器是線程私有的。同時程序計數(shù)器是唯一一個在虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定 OutOfMemoryError 的區(qū)域。

注：線程執(zhí)行Java方法，程序計數(shù)器記錄字節(jié)碼指令地址；如果執(zhí)行的是本地(Native)方法，程序計數(shù)器為空。

虛擬機棧

虛擬機棧是Java方法執(zhí)行的線程內(nèi)存模型。每個方法的執(zhí)行，Java虛擬機都會創(chuàng)建一個棧幀存儲方法相關(guān)變量。每個方法被調(diào)用到執(zhí)行完畢的過程，對應(yīng)棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

如下圖所示，當(dāng)虛擬機執(zhí)行 swap(a,b) 方法時，會創(chuàng)建一個單獨的棧幀 swap(a,b) 棧幀，在該棧幀中會存儲于方法相關(guān)的變量，該棧幀的入棧和出棧操作對應(yīng)著方法的執(zhí)行和結(jié)束。

每個棧幀都包含了局部變量表、操作數(shù)、動態(tài)鏈接、方法返回值。

局部變量表：存放方法參數(shù)和內(nèi)部定義的局部變量。局部變量表的容量以變量槽為最小單位每個變量槽可以存放一個 boolean 、 byte 、 char 、 short 、 int 、 float 、 reference 、 returnAddress 數(shù)據(jù)類型。
操作數(shù)棧：底層也是棧結(jié)構(gòu)，是進行數(shù)據(jù)運算的地方。當(dāng)一個方法剛剛開始執(zhí)行時，其操作數(shù)棧是空的，隨著方法執(zhí)行和字節(jié)碼指令的執(zhí)行，會從局部變量表或?qū)ο髮嵗淖侄沃袕?fù)制常量或變量寫入到操作數(shù)棧，再隨著計算的進行將棧中元素出棧到局部變量表或者返回給方法調(diào)用者，也就是出棧/入棧操作。
動態(tài)鏈接：將常量池中指向方法的部分符號引用，在方法運行期間轉(zhuǎn)為直接引用。字節(jié)碼中的方法調(diào)用指令就是以常量池中指向方法的符號引用作為參數(shù)。這些符號引用一部分會在類加載階段或第一次使用時轉(zhuǎn)化為直接引用，這種轉(zhuǎn)化稱為靜態(tài)解析。另一部分將在每一次運行期間轉(zhuǎn)化為直接引用，這部分稱為動態(tài)連接。
返回地址：方法執(zhí)行退出后，返回到方法被調(diào)用的地方。

在 swap 函數(shù)執(zhí)行的過程中， a 、 b 、 temp 都會保存到局部變量表中，其中的賦值操作則通過操作數(shù)棧執(zhí)行，

方法執(zhí)行完畢返回到調(diào)用的地方的地址則存儲在返回地址中。

本地方法棧

本地方法棧與 Java 虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行 Java 方法 （也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的 Native 方法 服務(wù)。

Java堆

Java堆是虛擬機管理的內(nèi)存中最大的一塊，幾乎所有對象都在Java堆分配內(nèi)存。Java堆在虛擬機啟動的時候創(chuàng)建，被所有的線程共享。Java堆也會涉及到內(nèi)存回收的內(nèi)容，本片文章先不展開了。Java堆無法擴展時，會報出 OutOfMemoryError 異常。

方法區(qū)

方法區(qū)存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。方法區(qū)是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域。

屏幕面前的你，會不會遇到這樣的困惑。方法區(qū)和永久代有什么關(guān)系？和元空間呢？

方法區(qū)和永久代的關(guān)系方法區(qū)是JVM規(guī)范概念，而永久代則是HotSpot虛擬機特有的概念。《Java虛擬機規(guī)范》只是規(guī)定了有方法區(qū)的概念和作用，并沒有規(guī)定如何去實現(xiàn)它。那么，在不同的 JVM 上方法區(qū)的實現(xiàn)肯定是不同的了。同時大多數(shù)用的JVM都是Sun公司的HotSpot。在HotSpot上把GC分代收集擴展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)。因此永久代是HotSpot的概念，方法區(qū)是Java虛擬機規(guī)范中的定義，是一種規(guī)范，而永久代是一種實現(xiàn)，一個是標(biāo)準(zhǔn)一個是實現(xiàn)。其他的虛擬機實現(xiàn)并沒有永久帶這一說法。在1.7之前在(JDK1.2 ~ JDK6)的實現(xiàn)中，HotSpot 使用永久代實現(xiàn)方法區(qū)，HotSpot 使用 GC分代來實現(xiàn)方法區(qū)內(nèi)存回收，可以使用如下參數(shù)來調(diào)節(jié)方法區(qū)的大小。
元空間對于Java8， HotSpots取消了永久代，取代永久代的就是元空間。永久代存在內(nèi)存上限( -XX:MaxPermSize ，即使不設(shè)置也有默認(rèn)大小)，當(dāng)進程申請不到足夠的內(nèi)存，會造成內(nèi)存溢出。改成元空間后，改用本地內(nèi)存，只要本地空間足夠，就不會有內(nèi)存溢出的問題。元空間和永久代有什么不同的？存儲位置不同，永久代物理是是堆的一部分，和新生代，老年代地址是連續(xù)的，而元空間屬于本地內(nèi)存；存儲內(nèi)容不同，元空間存儲類的元信息，靜態(tài)變量和常量池等并入堆中。相當(dāng)于永久代的數(shù)據(jù)被分到了堆和元空間中。

運行時常量池

運行時常量池是方法區(qū)的一部分，是一塊內(nèi)存區(qū)域。Class 文件常量池將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。 一個類加載到 JVM 中后對應(yīng)一個運行時常量池。

易混淆的概念

屏幕面前的你，會不會遇到這樣的困惑。運行時常量池和Class文件常量池有什么關(guān)系？和字符串常量池呢？和緩沖池呢？

Class文件常量池

Class 文件常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。常量池中主要存放兩大類常量：字面量和符號引用。當(dāng)Class文件常量池加載到方法區(qū)時，會把符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用，存放到運行時常量池。

字符串常量池

字符串常量池是 全局的， JVM 中獨此一份 ，因此也稱為全局字符串常量池。

其中：

在 jdk1.6（含）之前也是方法區(qū)的一部分，并且其中存放的是字符串的實例；在 jdk1.7（含）之后是在堆內(nèi)存之中， 存儲的是字符串對象的引用，字符串實例是在堆中；

底層原理

在 HotSpot VM 里實現(xiàn)線程池功能的是一個 StringTable 類，它是一個Hash表，默認(rèn)值大小長度是1009；這個 StringTable 在每個 HotSpot VM 的實例只有一份，被所有的類共享。字符串常量由一個一個字符組成，放在了 StringTable 上。

String str1 = "圖解Java";
String str2 = new String("圖解Java");
System.out.println(str1 == str2);

在這段代碼中，當(dāng)執(zhí)行 String str1 = "圖解Java" 時，先到常量池中查詢有沒有 "圖解Java" 字符串的引用，如果沒有，則會在 Java堆上創(chuàng)建 "圖解Java" 字符串，在常量池中存儲字符串的地址， str1 則指向字符串常量池的地址。

String str2 = new String("圖解Java") ，則會直接在Java堆中創(chuàng)建對象。 str2 指向堆中的地址。

看到這里，屏幕面前的你有沒有想到最后的結(jié)果是 false 呢。

如果此時還有 String str3 = "圖解Java" 那么 str1==str3 的結(jié)果是什么？

此時 str3 發(fā)現(xiàn)字符串常量池中已經(jīng)有了 "圖解Java" 字符串的引用，則直接返回，不會創(chuàng)建新的對象。

看到這里，屏幕面前的你有沒有想到最后的結(jié)果是 true 呢。

JVM 中除了字符串常量池，8種基本數(shù)據(jù)類型中除了兩種浮點類型剩余的6種基本數(shù)據(jù)類型的包裝類，都使用了緩沖池技術(shù)，但是 Byte 、 Short 、 Integer 、 Long 、 Character 這5種整型的包裝類也只是在對應(yīng)值在 [-128,127] 時才會使用緩沖池，超出此范圍仍然會去創(chuàng)建新的對象。