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运行时数据区：
程序计数器：是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
Java虚拟机栈：它的生命周期与线程相同。
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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用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
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局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
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在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈：本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，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。在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。有的虚拟机（如Sun HotSpot 虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。
Java堆：对于大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆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，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
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从内存回收的角度来看，由于现在的收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
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从内存分配的角度来看，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）。不过无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的仍然都是对象实例。
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进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
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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，只要逻辑上是连续的即可。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过 -Xmx（最大）和 -Xms（最小）控制）。如果在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。
方法区：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。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
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方法区与永久代本质上并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代这个概念的。原则上，如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范约束，但使用永久代来实现方法区，现在看来并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题（永久代有 -XX：MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要没有触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB，就不会出现问题）。JDK1.7的HotSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出。
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根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，就抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池：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，这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
因为运行时常量池是方法区的一部分，所以自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
直接内存：直接内存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的使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现。
在JDK1.4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堆中的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。
HotSpot虚拟机对象揭秘
对象的创建：（仅限于普通Java对象，不包括数组和Class对象等）
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虚拟机遇到一条new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能再常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化过。如果没有，那必须先执行相应的类加载过程。在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定，为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。划分方式：①指针碰撞（Bump the Pointer）。如果Java堆中的内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那分配内存就仅仅是把那个指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离，这种分配方式称为“指针碰撞”。空闲列表（Free List）：如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没办法简单的进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。
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选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又有所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。分配内存方式：①是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。②是把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步锁定。
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内存分配完成后虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
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接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头（Object Header）之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。
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在上面工作都完成之后，从虚拟机的视角来看，一个新的对象已经产生了，但从Java的视角来看，对象创建才刚开始——<init>方法还没执行，所有的字段还都是零，所以一般来说执行new指令之后会接着执行<init>方法，这样一个真正可用的对象才算完全产生出来。
对象的内存布局：在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可与分为3块区域：对象头（Object Header）、实例数据（instanceData)、和对齐填充（Padding）。
对象的访问定位：：Java程序需要通过栈上的 reference 数据来操作堆上的具体对象。由于 reference 类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。 目前主流的访问方式有 使用句柄 和 直接指针 两种。
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如果使用句柄访问的话，那么Java 堆中将会划分出一块内存来作为 句柄池， reference 中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。
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如果使用直接指针访问的话，那么Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，而 reference 中存储的直接就是对象地址。
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这两种对象访问方法各有优势：①使用句柄访问的最大好处就是 reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄池中的实例数据指针，而 reference 本身不需要修改；②使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销。
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