1.虚拟机运行时数据区

1.1 程序计数器（Program Counter Register）

是一块较小的内存空间，当前线程所执行的字节码的行号指示器。

在虚拟机的概念模型中，字节码解析器工作时就是通过改变这个计数器的值来选去下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

由于JVM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，在任何一个确定时刻，一个处理器（一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此每条线程都需要有一个独立的程序计数器记录当前线程所执行的字节码的行号，以便切换线程时可以恢复。

因此程序计数器是“线程私有”的内存。

需要注意的是，如果线程执行的是java程序，那么计数器记录的是字节码指令的地址。如果执行的是Native方法，那么这个计数器的值为Undefined。

1.2 Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

每个Java方法在执行的同时会创建一个栈帧（stack frame）用于存储局部变量表、操作数表、动态链接、方法出口等信息。

每个Java方法从调用到执行完成的过程，对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

1.3 本地方法栈（Native Method Stack）

与Java虚拟机栈的作用相似，但针对的是Native方法，而非Java方法。

1.4 Java堆（Java Heap）

JVM管理的内存中最大的一块内存，是被所有线程共享的，在JVM启动时创建。

Java堆用于存放对象实例，大部分对象实例和数组都在Java堆分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也叫GC堆。

从分代角度看，Java堆可分为新生代和老年代。

从内存分配角度看，Java堆可以划分出多个线程私有的分配缓冲区。

1.5 方法区（Method Area）

线程共享的内存区域。

方法区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。

是Java堆的一个逻辑部分，但是方法区的别名是Non-Heap，目的是与Java堆区分开来。

方法区也称为永久代，可以选择不实现垃圾收集。

方法区的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

1.6 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

是方法区的一部分。

常量池用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，会在类加载后进入常量池存放。

运行期间，也可以将新的常量存放在常量池。

1.7 直接内存（Direct Memory）

直接内存是本机内存，并不是Java虚拟机的内存区域。

2. HotSpot虚拟机对象

2.1 对象的创建（不包括数组和Class对象的创建）

当虚拟机遇到一条new指令时

1. 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，先执行相应的类加载过程。
2. 为新生对象分配内存，即把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。（内存大小在类加载完成后即可确定）
3. 设置对象信息到对象的对象头（Object Header）中。对象信息包括这个对象时哪个类的实例、如何才能找到元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等。
4. 执行init方法。

2.2 对象的内存布局

对象在内存中划分为三块区域：对象头（Object Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）

2.2.1 对象头

对象头包含两部分信息：运行时数据和类型指针

2.2.1.1 运行时数据

用于存储对象自身的运行时数据，包括哈希码、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。

在32位和64位的虚拟中，这部分数据的长度分别为32bit和64bit。

2.2.1.2 类型指针

类型指针是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。

如果对象是一个Java数组，那么对象头中还必须有一块记录数组长度的数据。

2.2.2 实例数据

实例数据是对象真正存储的有效信息，即代码中所定义的各种类型的字段内容，包括父类继承下来的。

存储顺序会受到虚拟机分配策略参数和字段在源码中的定义顺序的影响。比如Hotspot虚拟机默认的分配策略是：longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops。相同宽度的字段分配到一起。

在满足分配策略条件下，父类定义的变量会出现在子类之前。

2.2.3 对齐填充

起到占位符的作用。

比如HotSpot的自动内存管理要求对象起始地址必须是8字节的整数倍。也就是说对象的整体大小必须是8字节的整数倍，当对象头+实例数据所占用的内存大小不等于8字节的整数倍时，需要对齐填充来补全。

2.3 访问定位

Java程序通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象，即reference指向对象的引用。

主流的访问方式（对象的引用方式）：使用句柄、直接指针。

2.3.1 使用句柄

Java堆中会划分出一块内存作为句柄池。

reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄地址包含了对象实例数据（堆中）与类型数据（方法区中）各自的具体地址信息。

• 优点：
  GC后尽管对象的地址发生变化，但reference中引用的句柄地址并没有改变。改变的只有句柄池中到对象实例数据的引用。

• 缺点：
  速度比直接指针慢，因为多了一次指针定位的时间开销。

2.3.2 直接指针

reference中存储的直接是对象的地址（堆中）。

• 优点：
  速度比使用句柄快，因为少了一次指针定位的时间开销。

• 缺点：
  需要考虑如何访问类型数据的相关信息（方法区中）。

使用句柄和直接指针的图片来源，感谢！