运行时数据区域

程序计数器

程序计数器是线程私有的一块内存，用于记录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程序计数器来完成。

如果线程正在执行的是一个Java方法，则程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。如果正在执行的是native方法，则程序计数器的值为空（undefined）。

虚拟机栈

虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

而局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。

本地方法栈

本地方法栈与虚拟机栈类似，虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务。

Java堆

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，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

方法区

方法区与Java堆一样，是所有线程共享的内存区域，它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。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

直接内存

直接内存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

在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的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堆中的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。

HotSpot虚拟机对象探秘

对象的创建

当虚拟机遇到一条new执行时，首先去检查这个执行的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，拿必须先执行相应的类加载过程。
在类加载检查通过后，虚拟机将为新生对象分配内存，对象所需的内存大小在类加载完成后便可完全确定。
- 假设Java堆中内存是绝对规整的，则使用“指针碰撞”分配方式
- 假设Java堆中的内存不是规整的，则使用“空闲列表”分配方式

在分配内存时需要考虑的一个问题是，在并发情况下分配内存空间并不是线程安全的。解决这个问题有两种方案：

一是对分配内存空间的动作进行同步处理——实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。

另一种是为每个线程在Java堆中预先分配一块内存，称为本地线程分配缓冲（TLAB），当线程需要分配内存时，则在自己的TLAB中分配，只有当自己的TLAB用完并分配新的TLAB时，才需要同步写入Java堆。

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），如果使用TLAB，这一工作过程也可以提前至TLAB分配时进行。
接下来，虚拟机需要对该对象进行必要的设置，如对象的类型、类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等，这些信息存放在对象的对象头中。
最后执行init方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正的对象才算创建出来。

对象的内存布局

对象在内存中存储的布局可以分为3块区域：对象头、实例数据、对齐填充

对象头包括两部分信息
- 第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如哈希码、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。如果对象是一个Java数组，则对象头还必须记录数据的长度。
- 另一部分是类型指针，即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。

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。
对齐填充并不是必然存在的，它仅仅起着占位符的作用。

对象的访问定位

Java程序需要通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。由于reference类型在Java虚拟机规范中只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过何种方式去定位、访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问方式也是取决于虚拟机实现而定的。目前主流的访问方式有使用句柄和直接指针两种。