對于從事C和C++程序開發的開發人員來說，在內存管理領域，他們既是擁有最高權力的皇帝，又是從事最基礎工作的勞動人民—既擁有每

一個對象的“所有權”，又擔負著每一個對象生命開始到終結的維護責任。

對于Java程序員來說，在虛擬機的自動內存管理機制的幫助下，不再需要為每一個new操作去寫配對的delete/free代碼，而且不容易出現

內存泄漏和內存溢出問題，看起來由虛擬機管理內存一切都很美好。不過，也正是因為Java程序員把內存控制的權力交給了Java虛擬機，一旦

出現內存泄漏和溢出方面的問題，如果不了解虛擬機是怎樣使用內存的，那排查錯誤將會成為一項異常艱難的工作。

運行時數據區域

Java虛擬機在執行Java程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同的數據區域。這些區域都有各自的用途，以及創建和銷毀的時

間，有的區域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區域則是依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。

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程序計數器

程序計數器（Program Counter Register）是一塊較小的內存空間，它的作用可以看做是當前線程所執行的字節碼的行號指示器。在虛擬機的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機可能會通過一些更高效的方式去實現），字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。 由于Java虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內核）只會執行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內存區域為“線程私有”的內存。 如果線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執行的是Natvie方法，這個計數器值則為空（Undefined）。此內存區域是唯一一個在Java虛擬機規范中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。

Java虛擬機棧

與程序計數器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候都會同時創建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。經常有人把Java內存區分為堆內存（Heap）和棧內存（Stack），這種分法比較粗糙，Java內存區域的劃分實際上遠比這復雜。這種劃分方式的流行只能說明大多數程序員最關注的、與對象內存分配關系最密切的內存區域是這兩塊。其中所指的“堆”在后面會專門講述，而所指的“棧”就是現在講的虛擬機棧，或者說是虛擬機棧中的局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數據類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型），它不等同于對象本身，根據不同的虛擬機實現，它可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址）。其中64位長度的long和double類型的數據會占用2個局部變量空間（Slot），其余的數據類型只占用1個。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。 在Java虛擬機規范中，對這個區域規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機棧可以動態擴展（當前大部分的Java虛擬機都可動態擴展，只不過Java虛擬機規范中也允許固定長度的虛擬機棧），當擴展時無法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發揮的作用是非常相似的，其區別不過是虛擬機棧為虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的Native方法服務。虛擬機規范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數據結構并沒有強制規定，因此具體的虛擬機可以自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

對于大多數應用來說，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，在虛擬機啟動時創建。此內存區域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內存。這一點在Java虛擬機規范中的描述是：所有的對象實例以及數組都要在堆上分配，但是隨著JIT編譯器的發展與逃逸分析技術的逐漸成熟，棧上分配、標量替換優化技術將會導致一些微妙的變化發生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對”了。

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Java堆是垃圾收集器管理的主要區域，因此很多時候也被稱做“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好國內沒翻譯成“垃圾堆”）。如果從內存回收的角度看，由于現在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細分為：新生代和老年代；再細致一點的有Eden空間、From Survivor空間、To?Survivor空間等。如果從內存分配的角度看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。不過，無論如何劃分，都與存放內容無關，無論哪個區域，存儲的都仍然是對象實例，進一步劃分的目的是為了更好地回收內存，或者更快地分配內存。根據Java虛擬機規范的規定，Java堆可以處于物理上不連續的內存空間中，只要邏輯上是連續的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現時，既可以實現成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

方法區

方法區（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。雖然Java虛擬機規范把方法區描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應該是與Java堆區分開來。對于習慣在HotSpot虛擬機上開發和部署程序的開發者來說，很多人愿意把方法區稱為“永久代”（Permanent Generation），本質上兩者并不等價，僅僅是因為HotSpot虛擬機的設計團隊選擇把GC分代收集擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區而已。對于其他虛擬機（如BEA JRockit、IBM J9等）來說是不存在永久代的概念的。即使是HotSpot虛擬機本身，根據官方發布的路線圖信息，現在也有放棄永久代并“搬家”至Native Memory來實現方法區的規劃了。

Java虛擬機規范對這個區域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續的內存和可以選擇固定大小或者可擴展外，還可以選擇不實現垃圾收集。相對而言，垃圾收集行為在這個區域是比較少出現的，但并非數據進入了方法區就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個區域的內存回收目標主要是針對常量池的回收和對類型的卸載，一般來說這個區域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當苛刻，但是這部分區域的回收確實是有必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出現過的若干個嚴重的BUG就是由于低版本的HotSpot虛擬機對此區域未完全回收而導致內存泄漏。 根據Java虛擬機規范的規定，當方法區無法滿足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

運行時常量池

運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內容將在類加載后存放到方法區的運行時常量池中。 Java虛擬機對Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴格的規定，每一個字節用于存儲哪種數據都必須符合規范上的要求，這樣才會被虛擬機認可、裝載和執行。但對運行時常量池，Java虛擬機規范沒有做任何細節的要求，不同的提供商實現的虛擬機可以按照自己的需要來實現這個內存區域。不過，一般來說，除了保存Class文件中描述的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中。?運行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征是具備動態性，Java語言并不要求常量一定只能在編譯期產生，也就是并非預置入Class文件中常量池的內容才能進入方法區運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發人員利用得比較多的便是String類的intern()方法。 既然運行時常量池是方法區的一部分，自然會受到方法區內存的限制，當常量池無法再申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

Java對象的訪問方式

一般來說，一個Java的引用訪問涉及到3個內存區域：JVM棧，堆，方法區。

以最簡單的本地變量引用：Object obj = new Object()為例：

Object obj表示一個本地引用，存儲在JVM棧的本地變量表中，表示一個reference類型數據；

new Object()作為實例對象數據存儲在堆中；

堆中還記錄了Object類的類型信息（接口、方法、field、對象類型等）的地址，這些地址所執行的數據存儲在方法區中；

在Java虛擬機規范中，對于通過reference類型引用訪問具體對象的方式并未做規定，目前主流的實現方式主要有兩種：

1，通過句柄訪問。通過句柄訪問的實現方式中，JVM堆中會專門有一塊區域用來作為句柄池，存儲相關句柄所執行的實例數據地址（包括在堆中地址和在方法區中的地址）。這種實現方法由于用句柄表示地址，因此十分穩定。

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2，通過直接指針訪問。通過直接指針訪問的方式中，reference中存儲的就是對象在堆中的實際地址，在堆中存儲的對象信息中包含了在方法區中的相應類型數據。這種方法最大的優勢是速度快，在HotSpot虛擬機中用的就是這種方式。

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判斷一個對象是否存活?(或者GC對象的判定方法)

判斷一個對象是否存活有兩種方法:

1. 引用計數法

所謂引用計數法就是給每一個對象設置一個引用計數器，每當有一個地方引用這個對象時，就將計數器加一，引用失效時，計數器就減一。當一個對象的引用計數器為零時，說明此對象沒有被引用，也就是“死對象”,將會被垃圾回收.

引用計數法有一個缺陷就是無法解決循環引用問題，也就是說當對象A引用對象B，對象B又引用者對象A，那么此時A,B對象的引用計數器都不為零，也就造成無法完成垃圾回收，所以主流的虛擬機都沒有采用這種算法。

2.可達性算法(引用鏈法)

該算法的思想是：從一個被稱為GC Roots的對象開始向下搜索，如果一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則說明此對象不可用。

在java中可以作為GC Roots的對象有以下幾種:

虛擬機棧中引用的對象

方法區類靜態屬性引用的對象

方法區常量池引用的對象

本地方法棧JNI引用的對象

java中垃圾收集的方法有哪些?

標記-清除:

這是垃圾收集算法中最基礎的，根據名字就可以知道，它的思想就是標記哪些要被回收的對象，然后統一回收。這種方法很簡單，但是會有兩個主要問題：

1.效率不高，標記和清除的效率都很低；

2.會產生大量不連續的內存碎片，導致以后程序在分配較大的對象時，由于沒有充足的連續內存而提前觸發一次GC動作。

復制算法:

為了解決效率問題，復制算法將可用內存按容量劃分為相等的兩部分，然后每次只使用其中的一塊，當一塊內存用完時，就將還存活的對象復制到第二塊內存上，然后一次性清除完第一塊內存，再將第二塊上的對象復制到第一塊。但是這種方式，內存的代價太高，每次基本上都要浪費一般的內存。

于是將該算法進行了改進，內存區域不再是按照1：1去劃分，而是將內存劃分為8:1:1三部分，較大那份內存為Eden區，其余是兩塊較小的內存區叫Survior區。每次都會優先使用Eden區，若Eden區滿，就將對象復制到第二塊內存區上，然后清除Eden區，如果此時存活的對象太多，以至于Survivor不夠時，會將這些對象通過分配擔保機制復制到老年代中。(java堆又分為新生代和老年代)

標記-整理

該算法主要是為了解決標記-清除，產生大量內存碎片的問題；當對象存活率較高時，也解決了復制算法的效率問題。它的不同之處就是在清除對象的時候現將可回收對象移動到一端，然后清除掉端邊界以外的對象，這樣就不會產生內存碎片了。

分代收集?

現在的虛擬機垃圾收集大多采用這種方式，它根據對象的生存周期，將堆分為新生代和老年代。在新生代中，由于對象生存期短，每次回收都會有大量對象死去，那么這時就采用復制算法。老年代里的對象存活率較高，沒有額外的空間進行分配擔保，所以可以使用標記-整理 或者 標記-清除。