最近一年副業(yè)主要在學(xué)習(xí)投資和技能學(xué)習(xí)，把以前學(xué)習(xí)內(nèi)存分析的一些筆記總結(jié)發(fā)出來，寫了很多筆記總結(jié)都沒有寫完就又忙著了，最近再次總結(jié)復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)一遍，還有提醒各位同學(xué)一定要學(xué)會投資。。

了解Android 內(nèi)存管理，就有必要了解Java GC機制，必須要理解JVM 內(nèi)存區(qū)域，這里我們主要從概念上介紹Java虛擬機內(nèi)存的各個區(qū)域。

Android 應(yīng)用運行時大部分時間都用于處理內(nèi)存數(shù)據(jù)，雖然很多開發(fā)者都意識到優(yōu)化內(nèi)存，但并不是所有人都知道內(nèi)存使用對性能的影響，網(wǎng)上也有很多關(guān)于內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)的文章，但大多都不夠系統(tǒng)，沒有貫通全局。在《Android 性能優(yōu)化之String篇》文中我們理解了一個對象占用空間的大小以及String 字符串對我們性能的影響，而在本文中我們將學(xué)習(xí)一些Android的內(nèi)存，主要是基礎(chǔ)的java 的內(nèi)存管理，Java程序在運行的過程中管理的內(nèi)存的數(shù)據(jù)區(qū)，為后面的Android內(nèi)存分析做為鋪墊。
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本章系《Android 之美 從0到1 – 高手之路》Android 性能優(yōu)化 之深入理解Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)。

• Android 性能優(yōu)化 之談?wù)凧ava內(nèi)存區(qū)域
  • Java 內(nèi)存區(qū)域
    • 程序計數(shù)器
    • 虛擬機棧（JVM Stack）
    • 本地方法棧（Native Method Statck）
    • 堆區(qū)（Heap）
    • 方法區(qū)（Method Area）
    • 運行時常量池
    • 運行時常量池與Class文件常量池區(qū)別
  • 對象的創(chuàng)建
  • 對象的訪問
    • 句柄方式
    • 直接指針方式
  • 總結(jié)

Java 內(nèi)存區(qū)域

Java虛擬機在執(zhí)行程序過程中會把管理的內(nèi)存劃分為不同的數(shù)據(jù)區(qū)域，包括方法區(qū)、堆、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數(shù)器這5個部分的運行時數(shù)據(jù)區(qū)。如下圖：

程序計數(shù)器

在計算機組成原理里，CPU內(nèi)部的寄存器中就包含一個程序計數(shù)器，存放程序執(zhí)行的下一條指令地址。
以下引自wiki的一段介紹。

依照特定機器的細(xì)節(jié)而不同，他可能是保存著正在被運行的指令，也可能是下一個要運行指令的地址。程序計數(shù)器在每個指令周期會自動地增加，所以指令會正常地從寄存器中連續(xù)地被取出。某些指令，像是跳躍和子程序調(diào)用，會中斷程序執(zhí)行的序列，將新的數(shù)值內(nèi)容存放到程序計數(shù)器中。
在大部分的處理器，指令指針都是在提取程序指令后就被立即增加；也就是說跳躍指令的目的地址，是由跳躍指令的運算對象加上跳躍指令之后下一個指令的地址（比特或字節(jié)，視電腦形態(tài)而定）來獲得目的地。

而我們的JVM內(nèi)存中的程序計數(shù)器也是這樣的作用，它儲存JVM當(dāng)前執(zhí)行bytecode的地址。

Java虛擬機中的程序計數(shù)器是Java運行時數(shù)據(jù)區(qū)中的一小塊內(nèi)存區(qū)域，但是它的功能和通常的程序計數(shù)器是類似的，它指向虛擬機正在執(zhí)行字節(jié)碼指令的地址。具體點兒說，當(dāng)虛擬機執(zhí)行的方法不是native的時，程序計數(shù)器指向虛擬機正在執(zhí)行字節(jié)碼指令的地址；當(dāng)虛擬機執(zhí)行的方法是native的時，程序計數(shù)器中的值是未定義的。另外，程序計數(shù)器是線程私有的，也就是說，每一個線程都擁有僅屬于自己的程序計數(shù)器

此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在 Java 虛擬機規(guī)范
中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域。

虛擬機棧（JVM Stack）

與程序計數(shù)器一樣，Java 虛擬機棧(Java Virtual Machine Stacks)也是線程私有的，它的生命周期與 線程相同。虛擬機棧描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型:每個方法被執(zhí)行的時候都會同時創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，
就對應(yīng)著一個棧幀在 虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型(boolean、byte、char、short、int、float、long、 double)、對象引用(reference 類型)，它不等同于對象本身，根據(jù)不同的虛擬機實現(xiàn)，它可能是一個指向 4 / 31
對象起始地址的引用指針，也可能指向一個代表對象的句柄或者其他與此對象相關(guān)的位置)和 returnAddress
類型(指向了一條字節(jié)碼指令的地址)。
其中 64 位長度的 long 和 double 類型的數(shù)據(jù)會占用 2 個局部變量空間(Slot)，其余的數(shù)據(jù)類型只占 用 1 個。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大 的局部變量空間是完全確定的，在方法運行期間不會改變局部變量表的大小。 在 Java 虛擬機規(guī)范中，對這個 區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況:如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出 StackOverflowError 異
常;如果虛擬機棧可以動態(tài)擴展(當(dāng)前大部分的 Java 虛擬機都可動態(tài)擴展，只不過 Java 虛擬機規(guī)范中也允許
固定長度的虛擬機棧)，當(dāng)擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存時會拋出 OutOfMemoryError 異常。

本地方法棧（Native Method Statck）

本地方法棧(Native Method Stacks)與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機棧為
虛擬機執(zhí)行 Java 方法(也就是字節(jié)碼)服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機使用到的 Native 方法服務(wù)。虛擬機 規(guī)范中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒有強制規(guī)定，因此具體的虛擬機可以自由實 現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(譬如 Sun HotSpot 虛擬機)直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二為一。與虛擬機棧一
樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。

堆區(qū)（Heap）

對于大多數(shù)應(yīng)用來說，Java 堆(Java Heap)是 Java 虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java 堆是被所 有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存 放對象實例 ，幾乎所有的對象 實例都在這里分配內(nèi)存。這一點在 Java 虛擬機規(guī)范中的描述是:所有的對象實例以及數(shù)組都要在堆上分配，但 是隨著 JIT 編譯器的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會導(dǎo)致一些微妙的變化發(fā) 生，所有的對象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對”了。
Java 堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱做“GC 堆”(Garbage Collected Heap，幸
好國內(nèi)沒翻譯成“垃圾堆”)。如果從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分 代 收 集 算法，所以 Java 堆中還可以細(xì)分為:新生代和老年代;再細(xì)致一點的有 Eden 空間、From Survivor 空間、To Survivor 空間等。如果從內(nèi)存分配的角度看，線程共享的 Java 堆中可能劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)(Thread
Local Allocation Buffer，TLAB)。不過，無論如何劃分，都與存放內(nèi)容無關(guān)，無論哪個區(qū)域，存儲的都仍然 是對象實例，進(jìn)一步劃分的目的是為了更好地回收內(nèi)存，或者更快地分配內(nèi)存。在本章中，我們僅僅針對內(nèi)存區(qū)
域的作用進(jìn)行討論，Java 堆中的上述各個區(qū)域的分配和回收等細(xì)節(jié)將會是下一章的主題。
根據(jù) Java 虛擬機規(guī)范的規(guī)定，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， 就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴展的，不過當(dāng)前主流的虛擬機都
是按照可擴展來實現(xiàn)的(通過-Xmx 和-Xms 控制)。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展 時，將會拋出 OutOfMemoryError 異常。

堆內(nèi)存唯一目的就是存放創(chuàng)建的對象實例，所有對象實例和數(shù)組都要在這里分配內(nèi)存，因此也是垃圾回收的主要區(qū)域。根據(jù)虛擬機規(guī)范，java堆可以在物理空間上不連續(xù)，只要邏輯上連續(xù)即可，當(dāng)堆內(nèi)存無法繼續(xù)分配時會拋出OutOfMemery異常。

方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)(Method Area)與 Java 堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類
信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然 Java 虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯 部分，但是它卻有一個別名叫做 Non-Heap(非堆)，目的應(yīng)該是與 Java 堆區(qū)分開來。

對于習(xí)慣在 HotSpot 虛擬機上開發(fā)和部署程序的開發(fā)者來說，很多人愿意把方法區(qū)稱為“永久 代”Permanent Generation)，本質(zhì)上兩者并不等價，僅僅是因為 HotSpot 虛擬機的設(shè)計團隊選擇把 GC 分
代收集擴展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)而已。對于其他虛擬機(如 BEA JRockit、IBM J9 等) 來說是不存在永久代的概念的。即使是 HotSpot 虛擬機本身，根據(jù)官方發(fā)布的路線圖信息，現(xiàn)在也有放棄永久 代并“搬家”至 Native Memory 來實現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃了。
Java 虛擬機規(guī)范對這個區(qū)域的限制非常寬松，除了和 Java 堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小
或者可擴展外，還可以選擇不實現(xiàn)垃圾收集。相對而言，垃圾收集行為在這個區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)
進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo) 主要是針對常量池的回收和對類型 的卸載，一般來說這個區(qū)域的回收“成績”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)
域的回收確實是有必要的。在 Sun 公司的 BUG 列表中， 曾出現(xiàn)過的若干個嚴(yán)重的 BUG 就是由于低版本的
HotSpot 虛擬機對此區(qū)域未完全回收而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。 根據(jù) Java 虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存 分配需求時，將拋出 OutOfMemoryError 異常。

用于存儲被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼數(shù)據(jù)等。Java虛擬機規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分。
運行時常量池是方法區(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，還有一項就是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運行時常量池中存放。

運行時常量池

運行時常量池(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、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量池(Constant Pool Table)，用于存放編譯期生成的各種字 面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運行時常量池中。 Java 虛擬機對 Class 文件的每 一部分(自然也包括常量池)的格式都有嚴(yán)格的規(guī)定，每一個字節(jié)用于存儲哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范上的要求， 這樣才會被虛擬機認(rèn)可、裝載和執(zhí)行。但對于運行時常量池，Java 虛擬機規(guī)范沒有做任何細(xì)節(jié)的要求，不同的 提供商實現(xiàn)的虛擬機可以按照自己的需要來實現(xiàn)這個內(nèi)存區(qū)域。不過，一般來說，除了保存 Class 文件中描述 的符號引用外，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量池中。 運行時常量池相對于 Class 文件常量池
的另外一個重要特征是具備動態(tài)性，Java 語言并不要求常量一定只能在編譯期產(chǎn)生，也就是并非預(yù)置入 Class 文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運行時常量池，運行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開發(fā)人員
利用得比較多的便是 String 類的 intern()方法。 既然運行時常量池是方法區(qū)的一部分，自然會受到方法區(qū)內(nèi) 存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時會拋出 OutOfMemoryError 異常。

運行時常量池與Class文件常量池區(qū)別

• JVM對Class文件中每一部分的格式都有嚴(yán)格的要求，每一個字節(jié)用于存儲那種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范上的要求才會被虛擬機認(rèn)可、裝載和執(zhí)行；但運行時常量池沒有這些限制，除了保存Class文件中描述的符號引用，還會把翻譯出來的直接引用也存儲在運行時常量區(qū)

• 相較于Class文件常量池，運行時常量池更具動態(tài)性，在運行期間也可以將新的變量放入常量池中，而不是一定要在編譯時確定的常量才能放入。最主要的運用便是String類的intern()方法

對象的創(chuàng)建

以上我們介紹了5個數(shù)據(jù)區(qū)域，三個是線程隔離的，它們有：Java虛擬機棧，本地方法棧，程序計數(shù)器。另外還有兩個數(shù)據(jù)區(qū)域是線程共享的，這兩個區(qū)域是垃圾回收發(fā)生的地方，它們分別是：堆，方法區(qū)。

我們最常見的也是最簡單的創(chuàng)建對象有以下幾種方式：

通過這種方式我們可以調(diào)用任意的構(gòu)造函數(shù)（無參的和有參的）去創(chuàng)建對象。

Object object = new Object();

• 1

使用Class類的newInstance方法(反射機制)
　
Student stu = Student.class.newInstance();

new 指令時主要涉及一些一個過程：

• 檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用，并且檢查這個符號引用代表的類是否已被加載、解析和初始化過
• 類加載檢查通過
• 虛擬機java堆為新主對象分配內(nèi)存，對象所需內(nèi)存的大小在類加載完成后確定
• 虛擬機將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值
• 設(shè)置對象頭，對象頭中存儲了該對象是拿了類的實例等信息
• 執(zhí)行 init 方法，把對象初始化

對象的訪問

介紹完 Java 虛擬機的運行時數(shù)據(jù)區(qū)之后，我們就可以來探討一個問題:在 Java 語言中，對象訪問是如何 進(jìn)行的?對象訪問在 Java 語言中無處不在，是最普通的程序行為，但即使是最簡單的訪問，也會卻涉及 Java
棧、Java 堆、方法區(qū)這三個最重要內(nèi)存區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如下面的這句代碼: Object obj = new Object();
假設(shè)這句代碼出現(xiàn)在方法體中，那“Object obj”這部分的語義將會反映到 Java 棧的本地變量表中，作為一個 reference 類型數(shù)據(jù)出現(xiàn)。而“new Object()”這部分的語義將會反映到 Java 堆中，形成一塊存儲了 Object 類型所有實例數(shù)據(jù)值(Instance Data，對象中各個實例字段的數(shù)據(jù))的結(jié)構(gòu)化內(nèi)存，根據(jù)具體類型以及虛擬機 實現(xiàn)的對象內(nèi)存布局(Object Memory Layout)的不同，這塊內(nèi)存的長度是不固定的。另外，在 Java 堆中
還必須包含能查找到此對象類型數(shù)據(jù)(如對象類型、父類、實現(xiàn)的接口、方法等)的地址信息，這些類型數(shù)據(jù)則 存儲在方法區(qū)中。

句柄方式

如果使用句柄訪問方式，Java 堆中將會劃分出一塊內(nèi)存 來作為句柄池，reference 中存儲的就是對象的句柄地址，而句柄中包含了對象實例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息

直接指針方式

如果使用的是直接指針訪問方式，Java 堆對象的布局中就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，
reference 中直接存儲的就是對象地址

這兩種對象的訪問方式各有優(yōu)勢，使用句柄訪問方式的最大好處就是 reference 中存儲的是穩(wěn)定的句柄地 址，在對象被移動(垃圾收集時移動對象是非常普遍的行為)時只會改變句柄中的實例數(shù)據(jù)指針，而 reference
本 身 不 需要被修改。 使用直接指針訪問方式的最大好處就 是速度更快，它節(jié)省了一次指針定位 的時間開銷，由 于對象的訪問在 Java 中非常頻繁，因此這類開銷積少成多后也是一項非常可觀的執(zhí)行成本。就本書討論的主
要虛擬機 Sun HotSpot 而言，它是使用第二種方式進(jìn)行對象訪問的，但從整個軟件開發(fā)的范圍來看，各種語言 和框架使用句柄來訪問的情況也十分常見。

總結(jié)

上面說了那么說，下面來個簡單的概括：

• 方法區(qū)：方法區(qū)存放的是類信息、常量、靜態(tài)變量，所有線程共享區(qū)域。

• 虛擬機棧：它的生命周期與 線程相同，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息，線程私有區(qū)域。

• 本地方法棧：與虛擬機棧類似，區(qū)別是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法服務(wù)，本地方法棧為虛擬機使用到的Native方法。

• 堆：線程共享；用來存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在堆上分配內(nèi)存；此區(qū)域也是垃圾回收器（Garbage Collection）主要的作用區(qū)域，內(nèi)存泄漏就發(fā)生在這個區(qū)域。

• 程序計數(shù)器：用于指示當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行到了第幾行，可以理解為是當(dāng)前線程的行號指示器。如果線程在執(zhí)行Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址。

通過上面的學(xué)習(xí)，我們了解了JVM的內(nèi)存區(qū)域，和java 對象的基本創(chuàng)建和訪問方式。為我們后面線上OOM 分析、Dalvik內(nèi)存管理學(xué)習(xí)做鋪墊，以及分析線上各種OOM 的原因以及如何去解決。

后面幾篇文章：

1.Android 性能優(yōu)化 之談?wù)凧ava內(nèi)存區(qū)域
2.Android 性能優(yōu)化 之了解Dalvik內(nèi)存分配策略
3.Android 性能優(yōu)化 之內(nèi)存泄漏分析
4.Android 性能優(yōu)化 之Dalvik內(nèi)存管理、線上OOM分析總結(jié)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Android 性能优化 之谈谈Java内存区域的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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