如何在Java項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存區(qū)域與對(duì)象

本篇文章給大家分享的是有關(guān)如何在Java項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存區(qū)域與對(duì)象，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

一、java內(nèi)存區(qū)域

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時(shí)間，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在，有的區(qū)域則依賴用戶線程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷毀。根據(jù)《Java虛擬機(jī)規(guī)范（JavaSE7版）》的規(guī)定，Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存將會(huì)包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域。

1.程序計(jì)數(shù)器（線程私有）

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。在虛擬機(jī)的概念模型里，字節(jié)碼解釋器工作時(shí) 就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來完成。

每條線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各個(gè)線程之間互不影響，獨(dú)立儲(chǔ)存。

如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)java方法，計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；

如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Native方法，計(jì)數(shù)器值為空（undefined）。

此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在Java規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError（OOM）情況的區(qū)域

2.Java虛擬機(jī)棧（線程私有）

虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每個(gè)方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧和出棧的過程。

通常大家所說的虛擬機(jī)堆內(nèi)存和棧內(nèi)存中，棧內(nèi)存一般是指這里的局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對(duì)象引用（不是對(duì)象本身，可能是指向?qū)ο蟮闹羔樆虼韺?duì)象的句柄或其他的與此對(duì)象相關(guān)的位置，涉及到下文的“對(duì)象的訪問定位”）和returnAddress類型。

3.本地方法棧（線程私有）

本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為Java方法（字節(jié)碼）所服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用的Native方法服務(wù)。Java虛擬機(jī)規(guī)范沒有對(duì)本地方法棧使用的語言、方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有強(qiáng)制規(guī)定。因此虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它，甚至有的虛擬機(jī)直接把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一。

4.Java堆（線程共享）

Java堆（Java Heap）是虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。唯一的目的就是存放對(duì)象實(shí)例。所有的對(duì)象實(shí)例和數(shù)組都要在堆上分配內(nèi)存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域。Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，類似于磁盤空間。在實(shí)現(xiàn)時(shí)既可以是固定大小，也可以是可擴(kuò)展的，當(dāng)前的主流虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例化分配，并且堆也無法擴(kuò)展時(shí)，會(huì)拋出OOM異常。

5.方法區(qū)（線程共享）

方法區(qū)（Method Area）用于存儲(chǔ)已經(jīng)被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為了堆的一個(gè)邏輯部分，但有個(gè)別名Non-Heap。

6.運(yùn)行時(shí)常量池（線程共享）　

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool） 是方法區(qū)的一部分。

class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中保存?！?/p>

Java虛擬機(jī)對(duì)Class文件中的每一部分的格式都有嚴(yán)格的規(guī)定。每一個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范才會(huì)被虛擬機(jī)認(rèn)可、裝載和執(zhí)行，但是對(duì)于運(yùn)行常量池，Java虛擬機(jī)規(guī)范沒有做任何細(xì)節(jié)的要求，不同的虛擬機(jī)可以按照自己的需求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。不過，一般來說，除了保存Class文件中描述的符號(hào)引用外，還會(huì)把翻譯出來的直接引用也存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)常量池中。

運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池的另外一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性，Java語言并不要求常量一定要只有編譯的時(shí)候產(chǎn)生，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，利用的多的便是String類的intern（）方法。

在無法再申請(qǐng)到內(nèi)存是會(huì)排除OOM異常。

二、HotSpot虛擬機(jī)對(duì)象探秘

HotSpot虛擬機(jī)在Java堆中對(duì)象分配、布局和訪問過程的探討。

1.對(duì)象的創(chuàng)建

Java是面向?qū)ο蟮恼Z言，在程序的執(zhí)行過程中隨時(shí)都有可能會(huì)有對(duì)象被創(chuàng)建，從語言層面上講，創(chuàng)建對(duì)象（例如克隆，反序列化）通常僅僅是new關(guān)鍵字。

過程：

加載類：當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)new指令時(shí)，首先檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并且通過檢查這個(gè)符號(hào)引代表的類是否已經(jīng)被加載、解析和初始化過。如果沒有則執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。（此處不討論這部分的具體內(nèi)容，詳情參考第七章）

分配內(nèi)存：在類加載通過后，虛擬機(jī)要為新生對(duì)象分配內(nèi)存，對(duì)象所需要的內(nèi)存在類加載后就可以確定，為對(duì)象分配空間就是從Java堆中劃分出來。此時(shí)常見有兩種方法：（1）指針碰撞：若堆中內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的，已經(jīng)使用的在一邊，沒有使用的在一邊，中間有個(gè)分割指針，則只需要把分割指針向沒有使用的內(nèi)存移動(dòng)所需要的固定大小（2）空閑列表：Java堆內(nèi)存不是規(guī)整的，已使用的未使用的是相互交錯(cuò)的，虛擬機(jī)就要維護(hù)一個(gè)列表，列表保存哪些是已經(jīng)使用的，哪些是未被使用的，分配的時(shí)候只需要從未被使用的內(nèi)存中分配固定的大小給新對(duì)象。

選擇哪種方法由堆內(nèi)存是否規(guī)整所決定，而是否規(guī)整取決于采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能。

可以很明顯的看出，這種分配空間的方法不是線程安全的，可能在對(duì)A對(duì)象分配時(shí)指針還沒來得及修改，對(duì)象B就采用了原來的指針，解決這個(gè)問題有兩種方案：

　（1）對(duì)分配空間的動(dòng)作進(jìn)行同步化處理：實(shí)際上虛擬機(jī)采用CAS配上失敗重試的方式保持更新操作的原子性（要么全部做完，要么一點(diǎn)也不做）。

　（2）把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同的空間上進(jìn)行，即每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配一塊內(nèi)存，成為本地線程分配緩沖TLAB。哪個(gè)線程要分配內(nèi)存就在那個(gè)線程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時(shí)才需要同步鎖定。

內(nèi)存空間初始化：內(nèi)存分配結(jié)束后，虛擬機(jī)將分配的內(nèi)存空間都初始化為零值（不包括對(duì)象頭，分配的內(nèi)存空間的具體內(nèi)容下一部分會(huì)解釋），如果使用TLAB來完成，這一工作可以提前到TLAB分配時(shí)進(jìn)行，這一操作保證了對(duì)象的實(shí)例字段在Java中不賦初始值就可以直接使用，即零值。

對(duì)象頭設(shè)置：接下來，虛擬機(jī)要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如：是哪個(gè)類的實(shí)例？如何找到類的元數(shù)據(jù)信息？哈希碼？對(duì)象的GC分代年齡等。這些信息存放在對(duì)象的對(duì)象頭（Object Header）中。

初始化：從虛擬機(jī)視角來看，一個(gè)新的對(duì)象已經(jīng)產(chǎn)生，但是從Java程序來看，這才剛剛開始，因?yàn)閮?nèi)存的數(shù)據(jù)內(nèi)容都是零值，執(zhí)行new之后，會(huì)執(zhí)行<init>方法，按照程序員的要求來進(jìn)行初始化。

2.對(duì)象的內(nèi)存布局

分為三部分：

（1）對(duì)象頭

?、俅鎯?chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時(shí)間戳等。32位虛擬機(jī)中為32bit，64位虛擬機(jī)中為64bit，官方稱之為"Mark Word"。但是需要的存儲(chǔ)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)太多，其實(shí)已經(jīng)超過了32bit或者64bit，但是對(duì)象頭信息是與對(duì)象自身定義的數(shù)據(jù)無關(guān)的額外存儲(chǔ)成本，考慮到虛擬機(jī)的效率Mark Word被設(shè)計(jì)成一個(gè)非固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以便在極小的空間內(nèi)存儲(chǔ)盡量多的信息，它會(huì)根據(jù)對(duì)象的狀態(tài)來復(fù)用自己的存儲(chǔ)空間。例如在32位的HotSpot虛擬機(jī)中，如果對(duì)象處于未被鎖的狀態(tài)下，那么就不儲(chǔ)存和鎖有關(guān)的信息，25bit存儲(chǔ)hashcode，4bit存儲(chǔ)GC，2bit存儲(chǔ)鎖標(biāo)志位、1bit固定為0。

　②類型指針，即對(duì)象指向他的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的示例。并不是所有的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須通過數(shù)據(jù)上保留類型指針（和對(duì)象的訪問定定位有關(guān)，下面會(huì)進(jìn)行解釋）。如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組，那在對(duì)象頭還必須有一塊來記錄數(shù)組長度的數(shù)據(jù)，因?yàn)閺臄?shù)組的元數(shù)據(jù)中無法確定數(shù)組的大小?！?/p>

（2）實(shí)例數(shù)據(jù)

對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，也是程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容，無論是父類繼承下來的還是子類中定義的，都要記錄下來。這部分的存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)（FieldAllocationStyle）和字段在Java源碼中定義的順序有關(guān)。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的分配策略為： longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oop(Ordinary Object Pointers)，從策略中可以看出，相同寬度的字段總是被分配到一起。在滿足這個(gè)的前提下，在父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前。如果CompactFields參數(shù)值為true（默認(rèn)就是true），那么子類之中較窄的變量也可能插入到父類變量的空隙之中。

（3）對(duì)齊填充

　不是必然存在的，也沒有特殊的含義，僅僅是占位符的作用。由于HotSpot VM 的自動(dòng)內(nèi)存管理必須要求對(duì)象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，換句話說就是對(duì)象的內(nèi)存大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，如果不足，則填充到8的整數(shù)倍。

3.對(duì)象的訪問定位

即棧內(nèi)存中的引用如何訪問堆內(nèi)存中的對(duì)象。目前主流的方式有兩種：

（1）使用句柄：Java堆中會(huì)劃分一塊區(qū)域作為句柄池，棧中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)指針（指向堆內(nèi)存中）和類型數(shù)據(jù)指針（指向方法區(qū)）。

（2）直接指針：棧中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址，而堆中對(duì)象的布局要包括對(duì)象示例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)指針（指向方法區(qū)）。

使用句柄的優(yōu)點(diǎn)： 引用中存儲(chǔ)的穩(wěn)定的句柄地址，在對(duì)象移動(dòng)（垃圾收集時(shí)移動(dòng)對(duì)象是非常普遍的行為），只會(huì)改變句柄的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，而引用本身不會(huì)改變。

直接指針的優(yōu)點(diǎn)： 速度快，節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷。由于對(duì)象訪問十分頻繁，極少成多之后也是可觀的執(zhí)行成本。HotSpot虛擬機(jī)是使用第二種進(jìn)行對(duì)象訪問的。

以上就是如何在Java項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存區(qū)域與對(duì)象，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見到或用到的。希望你能通過這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。