java 内存结构

什么是HotSpot VM

提起HotSpot VM，相信所有Java程序员都知道，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的 虚拟机 ，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。

但不一定所有人都知道的是，这个目前看起来”血统纯正”的虚拟机在最初并非由Sun公司开发，而是由一家名为”Longview Technologies”的小公司设计的；

甚至这个虚拟机最初并非是为Java语言而开发的，它来源于Strongtalk VM，

而这款虚拟机中相当多的技术又是来源于一款支持Self语言实现”达到C语言50%以上的执行效率”的目标而设计的虚拟机，

Sun公司注意到了这款虚拟机在JIT编译上有许多优秀的理念和实际效果，在1997年收购了Longview Technologies公司，从而获得了HotSpot VM。

HotSpot VM既继承了Sun之前两款商用虚拟机的优点（如前面提到的准确式内存管理），也有许多自己新的技术优势，

如它名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术（其实两个 VM 基本上是同时期的独立产品，HotSpot还稍早一些，HotSpot一开始就是准确式GC，

而Exact VM之中也有与HotSpot几乎一样的热点探测。

为了Exact VM和HotSpot VM哪个成为Sun主要支持的VM产品，在Sun公司内部还有过争论，HotSpot打败Exact并不能算技术上的胜利），

HotSpot VM的热点代码探测能力可以通过执行 计数器 找出最具有编译价值的代码，然后通知JIT编译器以方法为单位进行编译。

如果一个方法被频繁调用，或方法中有效循环次数很多，将会分别触发标准编译和OSR（栈上替换）编译动作。

通过编译器与解释器恰当地协同工作，可以在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡，而且无须等待本地代码输出才能执行程序，

即时编译的时间压力也相对减小，这样有助于引入更多的代码优化技术，输出质量更高的本地代码。

在2006年的JavaOne大会上，Sun公司宣布最终会把Java开源，并在随后的一年，陆续将 JDK 的各个部分（其中当然也包括了HotSpot VM）在GPL协议下公开了源码，

并在此基础上建立了OpenJDK。这样，HotSpot VM便成为了Sun JDK和OpenJDK两个实现极度接近的JDK项目的共同虚拟机。

在2008年和2009年， Oracle 公司分别收购了BEA公司和Sun公司，这样 Oracle 就同时拥有了两款优秀的Java虚拟机：JRockit VM和HotSpot VM。

Oracle 公司宣布在不久的将来（大约应在发布JDK 8的时候）会完成这两款虚拟机的整合工作，使之优势互补。

整合的方式大致上是在HotSpot的基础上，移植JRockit的优秀特性，譬如使用JRockit的垃圾回收器与MissionControl服务，

使用HotSpot的JIT编译器与混合的运行时系统。

Java内存结构

Java堆（Java Heap）

java堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被成为”GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收角度来看java堆可分为：新生代和老生代（当然还有更细致的划分，在下一章会讲到）。从内存分配的角度看，线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。无论怎么划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都是对象实例，进一步的划分都是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

根据Java虚拟机规范的规定，java堆可以处于物理上不连续的内存空间中。当前主流的虚拟机都是可扩展的（通过 -Xmx 和 -Xms 控制）。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

java虚拟机也是线程私有的，它的生命周期和线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

咱们常说的 堆内存 、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（8个基本数据类型）、对象引用（地址指针）、returnAddress类型。

局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配。在运行期间不会改变局部变量表的大小。

这个区域规定了两种异常状态：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，在扩展是无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈与虚拟机栈所发挥作用非常相似，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。本地方法栈也是抛出两个异常。

方法区（Method Area）

方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、 静态变量 、即时编译器编译后的代码等数据。它有个别命叫Non-Heap（非堆）。当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError异常。

直接内存（Direct Memory）

直接内存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。但这部分区域也呗频繁使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常

在JDK1.4中新加入的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堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，一个处理器都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储。称之为”线程私有”的内存。程序计数器内存区域是虚拟机中唯一没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

执行引擎

虚拟机核心的组件就是执行引擎，它负责执行虚拟机的字节码，一般户先进行编译成机器码后执行。

垃圾收集系统

垃圾收集系统是Java的核心，也是不可少的，Java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理