上周开始看周志明老师的《深入理解Java虚拟机》，目前看完第三章了，今天复习了一下前面看的内容，正好做一下总结
Java内存区域
1、运行时数据区域
运行时数据区域分为线程独占区和线程共享区，线程独占区包括虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器，线程共享区包括堆和方法区
1）、程序计数器
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
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空
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
2）、Java虚拟机栈
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
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型
64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完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在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
3）、本地方法栈
虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务
Sun HotSpot把本地方法栈和虚拟机栈合二为一
4）、Java堆
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
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
5）、方法区
方法区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
6）、运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放
7）、直接内存
NIO是一种基于通道与缓冲区的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。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
2、HotSpot虚拟机对象
1）、对象的创建
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在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，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
分配内存有两种方式：
- 指针碰撞：假设Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空间的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离
- 空闲列表：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，虚拟机维护一个列表，记录哪些内存是可用的，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
对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为，即使是仅仅修改一个指针所指向的位置，在并发情况下也并不是线程安全的，可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决方案有两种：
- 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
- 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堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓冲（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。虚拟机是否使用TLAB，可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定
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
2）、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以分为3块区域：对象头、实例数据和对齐填充
A.对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等，这部分数据的长度在32位和64位的虚拟机中分别为32bit和63bit，官方称它为Mark Word
Mark Word被设计成一个非固定的数据结构以便在极小的空间内存储尽量多的信息，它会根据对象的状态复用自己的存储空间
对象头的另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。并不是所有的虚拟机实现都必须在对象数据上保留类型指针，换句话说，查找对象的元数据信息并不一定要经过对象本身，如果对象是一个Java数组，那在对象头中还必须有一块用于记录数组长度的数据
B.实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。这部分的存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在Java源码中定义顺序的影响。HotSpot虚拟机默认的分配策略为longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops，相同宽度的字段总是被分配到一起。在满足这个前提条件的情况下，在父类中定义的变量会出现在子类之前。如果CompactFields参数值为true（默认为true），那么子类之中较窄的变量也可能会插入到父类变量的空隙之中
C.对齐填充并不是必然存在的，它仅仅起着占位符的作用，由于HotSpot VM的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，而对象头部分正好是8字节的倍数，因此，当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全
3）、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，目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种
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
如果使用直接指针访问，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
使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改
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
虚拟机Sun HotSpot是使用直接指针就行对象访问的
3、String.intern()方法相关案例
String.intern()是一个Native方法，它的作用是：如果字符串常量池中已经包含一个等于此String对象的字符串，则返回常量池中这个字符串的String对象；否则，将此String对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String对象的引用
在JDK1.6及之前的版本中，由于常量池分配在永久代内，可以通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限制方法区大小，从而间接限制其中常量池的容量
public class RuntimeConstantPoolOOM {
public static void main(String[] args) {
String str1 = new StringBuilder("计算机").append("软件").toString();
System.out.println(str1.intern() == str1);// true
String str2 = new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str2.intern() == str2);// false
String str3 = new StringBuilder("zhangsan").toString();
System.out.println(str3 == str3.intern());// false
}
}
这段代码在JDK1.6中运行，第一个结果为false，internet()方法会把首次遇到的字符串实例复制到永久代中，返回的也是永久代中这个字符串实例的引用，而由StringBuilder创建的字符串实例在Java堆上，所以必然不是同一个引用，将返回false
JDK1.7开始逐步去永久代，internet()实现不会再复制实例，只是在常量池中记录首次出现的实例引用，因此internet()返回的引用和由StringBuilder创建的那个字符串实例是同一个
对str2比较返回false是因为“java”这个字符串在执行StringBuilder.toString()之前已经出现过，字符串常量池中已经有它的引用了
补充：
1）、“java”这个字符串在哪里出现过？
查看System类的源码，根据注释可以看出，System是由虚拟机自动调用的
public final class System {
/* register the natives via the static initializer.
*
* VM will invoke the initializeSystemClass method to complete
* the initialization for this class separated from clinit.
* Note that to use properties set by the VM, see the constraints
* described in the initializeSystemClass method.
*/
private static native void registerNatives();
在initializeSystemClass方法中调用了Version对象的init静态方法
public final class System {
private static void initializeSystemClass() {
props = new Properties();
initProperties(props); // initialized by the VM
sun.misc.VM.saveAndRemoveProperties(props);
lineSeparator = props.getProperty("line.separator");
// 调用了Version对象的init静态方法
sun.misc.Version.init();
FileInputStream fdIn = new FileInputStream(FileDescriptor.in);
FileOutputStream fdOut = new FileOutputStream(FileDescriptor.out);
FileOutputStream fdErr = new FileOutputStream(FileDescriptor.err);
setIn0(new BufferedInputStream(fdIn));
setOut0(newPrintStream(fdOut, props.getProperty("sun.stdout.encoding")));
setErr0(newPrintStream(fdErr, props.getProperty("sun.stderr.encoding")));
loadLibrary("zip");
Terminator.setup();
sun.misc.VM.initializeOSEnvironment();
Thread current = Thread.currentThread();
current.getThreadGroup().add(current);
setJavaLangAccess();
sun.misc.VM.booted();
}
而Version类里laucher_name是私有静态字符串常量
public class Version {
private static final String launcher_name = "java";
private static final String java_version = "1.8.0_162";
private static final String java_runtime_name = "Java(TM) SE Runtime Environment";
private static final String java_profile_name = "";
private static final String java_runtime_version = "1.8.0_162-b12";
因此sun.misc.Version类会在JDK类库的初始化过程中被加载并初始化，而在初始化时它需要对静态常量字段根据指定的常量值（ConstantValue）做默认初始化，此时被sun.misc.Version.launcher静态常量字段所引用的"java"字符串字面量就被intern到HotSpotVM的字符串常量池
2）、str3的比较为什么为false？
new StringBuilder(“zhangsan”)这条代码时，"zhangsan"就已经创建了一个引用，而str3.intern()指向的是"zhangsan"的引用而不是StringBuilder.toString()的引用