java程序员必须知道的内存知识-虚拟机层

1.虚拟机内存结构

现代的java虚拟机会按照功能将内存分为几个部分，堆、方法区、本地栈、程序计数器。

常量池

常量池是方法区里最常接触到的部分，常量池分为类常量池和运行时常量池。
类常量池是类属性的静态描述，我们编译class后，会在class文件中定义constant_pool表，主要有三部分数据，类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符，通过这种方式指令集就可以通过简单的字节描述定位目标。

类常量池的数据需要在每次方法或字段的访问时调用，所以为了提高新能，加载类文件时，会把常量池加载到内存称为常量池缓存，也叫运行时常量池。
匿名变量会在编译时做处理后进入常量池，所以第一个是true。

      String a = "a";
      String b = "b";
      String c = "a" + "b";
      String d = "ab";
      System.out.println(("a" + "b") == d);  //true
      System.out.println(a + b == d);       // false

栈

栈的组成

栈是严格后进先出的数据结构，空间由jvm自动管理，栈空间相对较小，一般只有几M，所以当调用关系太长时可能会造成内存溢出。
栈是由栈帧组成，栈帧结构大概可以分为局部变量、返回指令集、指针、运行时常量池引用、操作数栈、monitor等几部分组成。

栈式指令集

Jazelle是ARM体系针对java字节码处理的硬件级解决方案，可通过DBX和RCT分别对java解释型和编译型提供支持，为java提供硬件级加速。
JVM执行指令集是基于栈的指令集。相比寄存器式指令集操作简单，只有入栈与出栈两种。可移植性好，但性能稍差。

堆

java的堆是我们主要能操作的内存空间，程序运行中的数据一般都会被存放在堆中，对象都会被放在堆中管理。

jvm会把堆划分成几部分eden、2个survivor、old，就是常说的分代，为什么分代呢？

首先，内存是一个连续的线性存储，大小有限，分配后还要回收，但每次分配的大小不可能完全一样，所以在多次分配后就会

产生碎片，为了回收内存并减少碎片，出现了几种算法。
标记清除，标记需要回收的内存再进行回收，不做其他处理，内存碎片很多。
复制算法，把需要保留的内存复制到一个新的空间，然后把旧空间整体释放，没有碎片，但需要更多的内存。
标记整理，标记需要回收的内存回收，并整理需要保留的内存，没有碎片。

这时现在jvm的几种主流垃圾回收算法，但每个算法都有各自的优点和问题，而结合java对象的生存周期来说，新分配的对象存活几率很小，所以适合复制算法，长期存活的对象适合标记整理算法，所以就有了分代策略。

新创建的对象要分配到eden区，在存活一定时间后会到old区。这章我们主要讲内存，jvm垃圾回收后面文章会重点讲，这里就不多说了。

2.对象内存的分配

上面说了我们自己创建的对象实例一般会分配在堆上，但这个绝对么？又如果分配？

栈上分配

jit，Just In Time Compiler是jvm运行时的编译器，java是解释型语言，有自己的虚拟机和指令集，但解释性语言性能差，为了提高jvm的性能，jvm会在运行时对热点代码进行编译，让热点代码可以直接由操作系统执行，jit就是编译热点代码的编译器，jit除了对代码进行编译外，还会做些额外优化，其中栈上分配就是和对象分配相关的优化。

站上分配，栈上分配顾名思义就是直接在栈上给对象的实例分配空间，栈的还出就是因为它遵循严格的后进先出策略，不会产生内存碎片，不需要垃圾回收去回收这个对象，但什么样的对象适合在栈上分配呢？
逃逸分析，栈是每个线程独有，所以如果创建的对象不会被其它线程访问到就是栈上基础了，逃逸分析就是jvm判断对象是否会有其它线程访问对象，会不会被引用到方法体外，数据会不会过大等。
标量替换，如果jit判断对象可以在栈上分配，就会把对象打散。把对象的成员变量直接分配在栈上，这里分两种情况，基本类型数据的引用和数据都在栈上分配，引用类型就只有引用放在栈上。

TLAB

当我们的对象不满足栈上分配的条件，又如何分配呢？
指针碰撞，指针碰撞是eden区分配对象的方法，jvm通过cas方式修改指针位置分配对象，但cas方法之前文章也说了在并发特别高的情况下会导致频繁失败并重试(https://segmentfault.com/a/11...，而分配对象就是一个特别频发的操作，如果直接使用指针碰撞分配就会造成大量的重试。

TLAB，Thread Local Allocation Buffer，线程本地分配缓存区，tlab是每个线程都有的一块空间，在eden区，每个线程只能写自己的tlab，但可以访问其它线程的tlab空间，但tlab分配满了以后，线程会向虚拟机再申请一块内存作为tlab，原来的tlab空间不需要做什么，后期垃圾回收会对这块空间记性回收的。当对象过大不能再tlab分配时，才会通过指针碰撞方式在eden区直接分配。

NUMA

numa之前文章介绍过(https://segmentfault.com/a/11...，与tlab类似，但并不冲突，jvm支持numa让线程只会操作本地内存，让对象分配更快，但支持numa的垃圾回收策略只有ParallelGC和zgc，常用的cms、g1(java14的g1，貌似支持了numa)并不支持numa。