背景：聽說Java運行時環境的記憶體劃分是挺進BAT的必經之路。 記憶體劃分： Java程式記憶體的劃分是交由JVM執行的，而不像C語言那樣需要程式員自己買單(C語言需要程式員為每一個new操作去配對delete/free代碼)，放權給JVM虛擬機處理有利也有弊，好處是不容易出現記憶體泄漏和記憶體溢出問題，壞 ...
背景：聽說Java運行時環境的記憶體劃分是挺進BAT的必經之路。
記憶體劃分：
Java程式記憶體的劃分是交由JVM執行的，而不像C語言那樣需要程式員自己買單(C語言需要程式員為每一個new操作去配對delete/free代碼)，放權給JVM虛擬機處理有利也有弊，好處是不容易出現記憶體泄漏和記憶體溢出問題，壞處就是自己的屁股不能自己擦，萬一有一天JVM罷工不釋放了，還是自個忘了釋放，So瞭解虛擬機容易引起記憶體泄漏和溢出的場景對Java程式員來說還是必不可少的。【記憶體泄漏：Out Of Memmory，系統已經不能再分配空間了，好比你需要50M的空間，系統就只剩下40M；記憶體溢出：Memmory Leak，開闢了資源空間但用完後忘記釋放，記憶體還在被占用，多次記憶體泄漏就會導致記憶體溢出；】瞭解JVM記憶體劃分要端到端，先從Java程式執行的具體過程來看：
從圖1中可以清楚看到Java程式的執行過程，大致就是Java源代碼(尾碼為.java)首先被Java編譯器編譯成位元組碼文件(尾碼為.class)，然後交由JVM中的類載入器載入各個類的位元組碼文件，載入好位元組碼文件後再交由JVM引擎執行。在整個程式執行過程中，上圖中運行時區域會用一段空間來存儲程式執行期間需要用到的數據和相關信息，也就是我們弄懂記憶體劃分要深度研究的區域，即JVM。
運行時數據(記憶體)區：
圖2中，梯形形狀的部分是所有線程之間共用的區域，長方形形狀的部分則是線程運行時獨有的數據區域；《Java虛擬機規範》規定了運行時區域包括：程式計數器、Java棧(虛擬機線)、本地方法棧、方法區和堆五大部分。
1、程式計算器(Program Counter Register)
程式計算器又稱為PC寄存器，這塊記憶體區域相當小，它是當前線程所執行的位元組碼的行號指示器，位元組碼解釋器通過改變這個計算器的值來選取下一條需要執行的位元組碼命令；在JVM中多線程是通過線程輪流切換來獲得CPU執行時間的，So無論何種情況下一個CPU的內核只會執行一條線程中的指令，而為了保證每個線程都線上程切換後能夠恢復到切換之前的程式執行位置，每個線程就必須要有自己獨立的程式計數器，因此程式計數器是每個線程私有的；在JVM中，如果線程執行的是非native方法，則程式計數器中保存的是當前需要執行的指令的地址，而線程若是執行native方法則程式計數器中的值是undifined；因為程式計數器中存儲的數據所占記憶體空間的多少不會隨這程式的執行而改變，於是程式計數器不可能發生記憶體溢出OOM現象；
特性：
a. 是當前線程所執行的位元組碼的行號指示器；
b. 是當前線程私有的；
c. 不會發生OOMError的錯誤；
2、Java棧（虛擬機線Java stack）
簡單的說Java棧就是Java方法執行的記憶體模型。其內部存放的是一個個的棧幀，每個棧幀對應著一個被調用的方法；棧幀中包括局部變數表(Local Variables)、操作數棧(Operation Stack)、志向當前方法所屬的類的運行時常量池的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息；由於每個線程正在執行的方法可能不同，因此每個線程都會有一個自己的互不幹擾的Java棧；噹噹前線程執行了一個方法，隨之就會創建一個與之對應的棧幀，並將建立的棧幀進行壓棧操作，當方法執行完畢後便會將棧幀出棧；So線程當前執行的方法所對應的棧幀必定位於Java棧的頂部，即如隊列的先進後出。下圖表示了一個Java棧的模型：
局部變數：
局部變數表就是用來存儲方法中的局部變數(包括在方法中聲明的非靜態變數以及函數形參)；若變數是基本數據類型則直接存儲它的值，若變數是引用類型則存儲的是指向對象的引用；而局部變數表的大小在編譯的時候就已經確定了，So程式執行期間其大小亦是不會改變的。
操作數棧：
操作數棧就是用於對錶達式求值計算的，當個線程執行過程實際上就是不斷執行語句的過程，也就是不斷計算的過程，So程式中的所有計算過程都是通過操作數棧來完成的。
指向運行時常量池的引用：
指向運行時常量池的引用是由於在方法的執行過程中有可能需要用到類中的常量，因此必須要有一個引用指向運行時常量。
方法返回地址：
一個方法執行完畢後，要返回之前調用它的位置，於是在棧中就必須保存一個方法返回的地址。
Java棧的生命周期和線程相似；在每個方法執行的同時都會創建一個棧幀，用於存儲局部變數表、操作數棧、指向運行時常量池的引用和返回地址(方法出口)等信息，每個方法從調用到執行完畢的過程都對應著一個棧幀JVM中入棧到出棧到過程。(棧的大小與具體虛擬機的實現有關，一般在256～756之間)
特性：
a. 生命周期與線程相似且線程屬於私有；
b. 當線程請求的棧深度超過了JVM所允許的最大深度就會發生StackOverflowError異常；
c. 若是棧的擴展無法申請到足夠的記憶體則會產生OutOfMemmoryError異常；
3、本地方法棧（Native Method Stack）
本地方法棧的原理和作用與Java棧類似，不同的是Java棧是為執行Java方法服務的，而本地方法棧是為執行本地方法服務的。
4、堆(Heap)
Java中的堆事要來存儲對象本身以及數組(數組引用存儲在Java棧中)，Heap事JVM所管理的記憶體中最大的一塊，它在虛擬機啟動事創建且在JVM中只有一個堆；由於JVM垃圾收集器採用的基本都是分代收集演算法，So堆還可以劃分為Young Generation(年輕代)、Old Generation(年老代)以及Perm Generation(永久代)【JDK7之後，Hotspot虛擬機便將永久代這個概念移除了】，其中的Young Generation又分為Eden、From和To，而From和To又統稱為Survivor Spaces(幸存區)；正常情況下，一個對象從創建到銷毀，應該是從Eden開始，然後到Survivor Spaces，再到Old Generation，最後在某次GC下消失。
特性：
a. 堆是被所有線程共用的，且JVM中只有一個堆；
b. 存儲對象實例；
c. 當在堆中沒有完成實例的分配且無法再擴展記憶體則會有OutOfMemory異常；
5、方法區(Method Area)
方法區主要用於存儲每個類的信息(類的名稱、方法信息、欄位信息)、靜態變數、常量和編譯器編譯後的代碼等；此外，在Class文件中除了類的欄位、方法和介面等描述外，還有常量池，用來存儲編譯期間生成的字面量和符號引用；在方法區中還有一個非常重要的部分就是運行時常量池，它是每一個類或介面的常量池的運行時表示形式，在類和介面被載入到JVM後對應的運行時常量池就被創建出來，非Class文件常量池的內容也可以將新的常量放入運行事常量池中，如String的intern方法(如果常量池中存在當前字元串就會直接返回當前字元串，若是常量池中無此字元串則會將其放入常量池中再返回)。
在大概瞭解了Java運行時環境JVM記憶體的劃分後，個人感覺要進入BAT還有必要瞭解下對象的創建和定位，這應該對自己寫代碼也有莫大的助力。
對象的創建：
1、JVM接收到一條new指令後，首先會去檢查這個指令的參數能否再常量池中定位到一個類的符號引用，並且檢查這個符號引用代表的類是否已經被載入、解析和初始化，如若沒有，則會先執行類的初始化；
2、類載入檢查通過後，JVM會為新生對象分配記憶體，而對象所需記憶體大小在類載入完成後便可完全確定，隨後就在Java堆中劃分出一塊確定大小的記憶體為對象分配空間；
case1: 若記憶體是規整的，則JVM將採用指針碰撞發來為對象分配記憶體；指針碰撞發會將所有用過的記憶體放在一邊，空閑的記憶體放置於另一邊，中間放著一個指針作為分界點的指示器，分配記憶體的時候只需把指針向空閑記憶體的那邊挪動一段與對象大小相等的距離；如果垃圾收集器選擇的是Serial、ParNew這種基於壓縮演算法的機制，則虛擬機採用指針碰撞發分配記憶體；
case2: 弱記憶體時不規整的，已使用的記憶體和未使用的記憶體相互交錯，那麼JVM採用的是空閑列表發來為對象分配記憶體；就是虛擬機維護了一個列表，記錄下那些記憶體塊是可用的，然後在分配記憶體的時候就從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對象實例，並更新列表上維護的內容；若是垃圾回收器選擇CMS這種基於標記-清除演算法的機制，則JVM採用這種方式分配記憶體；
case3: 在JVM中可能會出現虛擬機正在給對象A分配記憶體，但指針還沒有來得及修改，此時對象B又同時使用了原來的指針來分配記憶體的情況；為了及時保證new對象時候線程的安全性，JVM採用了CAS配上失敗重試的方式保證更新更新操作的原子性和TLAB兩種方式來解決這個問題；
3、分配記憶體結束後，JVM將分配到的記憶體空間都初始化為零值(不包括對象頭【Object Header第一部是Mark Word用，於存儲對象自身的運行時數據，第二部分是類型指針，用於確定這個對象是哪個類的實例】)；這一步保證了對象的實例欄位在Java代碼中可以不用賦值就能夠直接使用，且程式能訪問到這些欄位的數據類型所對應的零值；
4、對Object進行必要的設置，如該對象屬於哪個類的實例、任何才能訪問到類的元數據信息、對象的哈希值、對象的GC分代年齡等信息，這些信息存放在Object的對象頭中；
5、執行<int>方法，把對象按照程式猿的意願進行初始化，這樣一個真正可用的對象就完完全全的產生了。
對象的訪問定位：
在Java中需要通過棧上的reference(引用)數據來操作堆上具體對象；比如創建一個對象 String name = new String(); ，其中new String()其實有兩部分，一部分是類數據(如代表類的Class對象)，另一部分則是實例數據；由於reference在JVM中只是一個指向對象new String()的引用name，並沒有規定name應該通過何種方式去定位及訪問Heap中對象的具體位置，So對象訪問的最終方式還是由虛擬機決定的，目前主流方式有兩種：
case1: 指針訪問，java堆對象的佈局中必須考慮如何放置訪問類型數據的相關信息，該訪問方式下reference中存儲的就是對象地址；
case2: 句柄訪問，java堆中將會劃分出一塊記憶體作為句柄池，此訪問方式reference中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數據與類型數據各自的具體地址信息；
