JVM高级特性与最佳实践（第3版）--内存 笔记

 Java虚拟机运行时数据区

程序计数器（Program Counter Register）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。工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，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。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native） 方法服务。

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，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，因此一些资料中它也被称作“GC堆”。

方法区（Method Area）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型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）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表（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。

 

直接内存（Direct Memory）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地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError异常出现，所 以我们放到这里一起讲解。 在JDK 1.4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堆里面的 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。 显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到 本机总内存（包括物理内存、SWAP分区或者分页文件）大小以及处理器寻址空间的限制，一般服务器管理员配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现 OutOfMemoryError异常

 

一、Java 如何确定变量是放在堆还是栈？

在Java中，内存管理主要由JVM（Java虚拟机）负责，其中包括堆（Heap）和栈（Stack）这两种主要的内存区域。理解变量是如何在堆和栈之间分配是非常重要的，因为它直接影响到程序的性能和内存使用。
1. 栈（Stack）
栈主要用于存储基本类型的变量（如int, float, char等）和对象的引用（即指针），但不存储对象本身。当一个方法被调用时，该方法内的基本类型变量和引用会被加载到栈上，当方法执行完毕后，这些变量会被自动清理（即从栈上弹出）。
2. 堆（Heap）
堆用于存储对象本身。当你创建一个对象时，如Object obj = new Object();，这个对象就会被存储在堆上。堆中的对象可以被多个引用所共享，直到没有引用指向该对象，垃圾回收器（Garbage Collector, GC）才会回收这部分内存。
确定变量位置
在Java中，开发者通常不需要也不应该关心变量是存储在堆还是栈上，因为这是由JVM自动管理的。开发者只需要知道：
　　基本类型变量：总是存储在栈上。
　　对象引用：存储在栈上，而对象本身存储在堆上。
注意事项
自动内存管理：Java的自动垃圾回收机制负责堆内存的管理。开发者可以通过System.gc()请求垃圾回收，但不应依赖它。
性能考虑：虽然现代JVM已经非常优化，但频繁地在堆和栈之间移动大量数据仍然可能影响性能。因此，设计高效的数据结构和算法是很重要的。
内存泄漏：不正确的引用管理（例如，持有对不再需要的对象的引用）可能导致内存泄漏，即使这些对象不再使用。
总的来说，理解堆和栈的区别以及它们如何被Java程序使用是理解Java内存管理的基础。然而，开发者通常不需要手动控制这些细节；JVM会负责这一切。
额外补充：可以将对象的引用变量设置为null，暗示垃圾回收机制可以回收该对象。(具体何时真正回收，是不确定的。程序员可以通过System.gc()或者Runtime.getRuntime().gc()来通知系统进行垃圾回收，会有一些效果，但是系统是否进行垃圾回收依然不确定。永远不要主动调用某个对象的finalize方法，应该交给垃圾回收机制调用。)

 

2.3待续...