EkkoSonya's Blog

对象内存布局

对象的内存布局是由 Java 虚拟机规范定义的，但具体的实现细节各有不同，如 HotSpot 和 OpenJ9 就不一样

常用的 HotSpot 为例：

对象在内存中包括三部分：对象头、实例数据和对齐填充

对象头 (Mark World + 类型指针 (指向 Class 对象)) + 实例数据 + 对齐填充

对象头 (8字节 + 8字节 (压缩 4 字节)): 12字节 (指针压缩)

对齐填充必须是 8 的倍数 (64位)

Java 堆 (存放对象位置)

堆内存分区

Java 堆被划分为新生代和老年代两个区域

新生代又被划分为 Eden 空间和两个 Survivor 空间（From 和 To）

新创建的对象会被分配到 Eden 空间

当 Eden 区填满时，会触发一次 Minor GC，清除不再使用的对象

存活下来的对象会从 Eden 区移动到 Survivor 区。

对象在新生代中经历多次 GC 后，如果仍然存活，会被移动到老年代

当老年代内存不足时，会触发 Major GC，对整个堆进行垃圾回收

内存溢出和内存泄漏

内存溢出

内存溢出，俗称 OOM，是指当程序请求分配内存时，由于没有足够的内存空间，从而抛出 OutOfMemoryError

List<String> list = new ArrayList<>();
while (true) {
  list.add("OutOfMemory".repeat(1000)); // 无限增加内存
}

垃圾收集机制

垃圾回收就是对堆内存中不再被引用的（不可达的）对象进行清除或回收

JVM 在做 GC 之前，会先搞清楚什么是垃圾，什么不是垃圾，通常会通过可达性分析算法来判断对象是否存活

在确定了哪些垃圾可以被回收后

垃圾收集器（如 CMS、G1、ZGC）要做的事情就是进行垃圾回收

可以采用：

• 标记清除算法
• 复制算法
• 标记整理算法
• 分代收集算法等

C++ 等语言创建对象要不断的去开辟空间，不用的时候又需要不断的去释放空间，既要写构造函数，又要写析构函数

于是，有人就提出，能不能写一段程序实现这块功能，每次创建对象、释放内存空间的时候复用这段代码

1960 年，John McCarthy 在设计 Lisp 语言时首次提出了垃圾回收的概念，用于自动管理内存，避免程序员手动释放内存带来的错误

STW

"Stop The World"是 Java 垃圾收集中的一个重要概念。在垃圾收集过程中，JVM 会暂停所有的用户线程，这种暂停被称为"Stop The World"事件

这么做的主要原因是为了防止在垃圾收集过程中，用户线程修改了堆中的对象，导致垃圾收集器无法准确地收集垃圾

值得注意的是，"Stop The World"事件会对 Java 应用的性能产生影响

如果停顿时间过长，就会导致应用的响应时间变长，对于对实时性要求较高的应用，如交易系统、游戏服务器等，这种情况是不能接受的。

因此，在选择和调优垃圾收集器时，需要考虑其停顿时间。Java 中的一些垃圾收集器，如 G1 和 ZGC，都会尽可能地减少了"Stop The World"的时间，通过并发的垃圾收集，提高应用的响应性能。

JVM

学习 JVM 可以帮助我们开发者更好地优化程序性能、避免内存问题

• 了解 JVM 的内存模型和垃圾回收机制，可以帮助我们更合理地配置内存、减少 GC 停顿
• 掌握 JVM 的类加载机制可以帮助我们排查类加载冲突或异常
• JVM 还提供了很多调试和监控工具，可以帮助我们分析内存和线程的使用情况，从而解决内存溢出内存泄露等问题

所以主要内容：内存模型、垃圾回收机制、类加载机制、JVM 调试/监控 工具

什么是 JVM

JVM 启动后，大致可以分为三个功能区：类加载器、运行时数据区以及执行引擎

内存管理

内存区其实是功能区中"运行时数据区"的具体细分

JVM（功能区视角）
│
├── 类加载器
│
├── 运行时数据区  ←──── 这部分就是"内存区"
│   ├── 程序计数器
│   ├── 虚拟机栈
│   ├── 本地方法栈
│   ├── 堆
│   └── 方法区
│
└── 执行引擎
    ├── JIT 编译器
    └── 垃圾回收器

JVM3

当 Java 应用需要与操作系统底层或硬件交互时，通常会用到本地方法栈。

native 方法

native 方法是在 Java 中通过 native 关键字声明的，用于调用非 Java 语言，如 C/C++ 编写的代码。Java 可以通过 JNI，也就是 Java Native Interface 与底层系统、硬件设备、或者本地库进行交互

Java 的 native 方法本身没有 Java 代码实现，而是交给本地代码实现

public native void test();

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器 | 堆、方法区

不同 JDK 下内存区域变化

主要是方法区实现的不同

方法区是 JVM 规范里的概念, JVM 需要有这么一块区域来存类相关信息

HotSpot 实现层面：曾经用永久代、后来用元空间来实现

JDK 1.6 使用永久代来实现方法区：

JDK 1.7 时仍然是永久带，但发生了一些细微变化，比如将字符串常量池、静态变量存放到了堆上。

OS

Java 线程状态

Java 没有 Ready 状态，线程状态有 6 种：

NEW              新建
RUNNABLE         可运行（包含 Ready + Running）
BLOCKED          阻塞（等待锁）
WAITING          等待（wait/join/park 等）
TIMED_WAITING    限时等待
TERMINATED       终止