背景

任何軟件程序都需要內(nèi)存資源，而內(nèi)存資源總是有限的，需要回收重復(fù)利用。
早期編程語言如C++要依靠程序員手動估算、分配和回收內(nèi)存，這部分工作要求精細(xì)而且極耗精力，實際上影響了對軟件真正的業(yè)務(wù)價值的實現(xiàn)，所以Java提出了內(nèi)存托管的概念，就是由JVM來自動負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配和回收，讓開發(fā)者可以專注于實現(xiàn)軟件的業(yè)務(wù)價值。

Java的內(nèi)存分配

在Java里，每個應(yīng)用程序?qū)?yīng)一個自己唯一的JVM實例，每個JVM有自己的內(nèi)存區(qū)域，JVM之間互不影響。
JVM為應(yīng)用程序提供的內(nèi)存，常見的有這么幾種：程序計數(shù)器、棧、堆、方法區(qū)。
一、程序計數(shù)器
程序計數(shù)器用來存放下一條指令（JVM需要的是.class字節(jié)碼）的地址，所以空間很小。
二、棧
JVM的數(shù)據(jù)區(qū)里，有Java虛擬機(jī)棧和本地方法棧（為虛擬機(jī)使用的Native方法服務(wù)）兩個棧，我們常說的棧指的是Java虛擬機(jī)棧，如果在內(nèi)存里談到棧，就是指Java虛擬機(jī)棧中的局部變量表。
其實，每個線程都有自己私有的Java虛擬機(jī)棧，這個棧是用來處理方法的，棧里對應(yīng)每個方法都有一個棧幀（Stack Frame），棧幀里存放方法需要的局部變量表、方法出口等信息，線程對方法調(diào)用和執(zhí)行時，對應(yīng)的棧幀就會在虛擬機(jī)棧里入棧和出棧。它們的關(guān)系是這樣的：

從線程到局部變量表

1. 直接指針
   reference里直接存儲對象在堆中的地址，如果還用到了方法區(qū)中的對象類型數(shù)據(jù)（靜態(tài)變量等），那么堆里還要有指針，即到方法區(qū)中對象類型數(shù)據(jù)的指針。

   
   
   來自《對象訪問分析》
2. 句柄
   堆里有一塊專門的句柄池，reference里存儲的是句柄地址，reference不直接指向堆中的對象地址，而是指向句柄，句柄中指向堆中對象池中的對象實例地址，以及方法區(qū)中的對象類型數(shù)據(jù)。
   
   來自《對象訪問分析》
   
   三、堆
   Java堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，一般的應(yīng)用中，堆也是最大的一塊兒內(nèi)存。
   前面說過，引用類型在棧里保存的是一個指向堆區(qū)的指針（值是對象在堆內(nèi)存中的首地址），這個指針指向的真正的對象，是放在堆中的，Java內(nèi)存回收，其實主要就是針對這個堆中對象的內(nèi)存回收。
   Java堆只要保持邏輯連續(xù)，可以分配在物理上不連續(xù)的區(qū)域，當(dāng)堆里的內(nèi)存無法滿足對象需求，且堆的大小無法擴(kuò)展時，會報“OutOfMemoryError”。
   關(guān)于棧和堆，還有這樣幾個不同：
3. 棧里實例，堆里對象
   實例和對象是不同的，棧里的指針是實例，堆里的數(shù)據(jù)才是對象，所以多個實例可以指向同一個對象，如果用代碼來說的話，Class a= new Class();中，a是一個實例，不是對象。
4. 棧做運算，堆存數(shù)據(jù)
   Java里面的數(shù)學(xué)運算都是在棧里進(jìn)行的，而堆只是為開發(fā)者提供存放對象的空間。
5. 銷毀時機(jī)不同
   棧變量和堆對象并不同步銷毀，棧和生命周期在于方法，方法結(jié)束，棧中的局部變量立即銷毀；堆對象首先要確保沒有棧變量指向，然后在JVM執(zhí)行垃圾回收時才會銷毀。
6. 類的變量和方法不同
   類的成員變量可能有多個，它們可能指向多個對象，也就是對應(yīng)堆中的多塊內(nèi)存；但是類的方法只有一套，為類里的所有對象共享，而且只在執(zhí)行方法時入棧（這里的棧指的是Java虛擬棧，而不是常說的方法棧幀中的局部變量表，也就是內(nèi)存棧），不使用時不占用內(nèi)存。

四、方法區(qū)（非堆）
ClassLoader加載類時，會把.class文件格式的二進(jìn)制字節(jié)流讀取為當(dāng)前虛擬機(jī)需要的數(shù)據(jù)格式，并放進(jìn)虛擬機(jī)的內(nèi)存，其實就是放進(jìn)了方法區(qū)。
方法區(qū)也是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，這一點和堆很像，也可以是物理上不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，大小也可以動態(tài)擴(kuò)展，也可能報“OutOfMemoryError”。
但是，方法區(qū)也叫非堆，因為它存放的是編譯后的代碼、類信息、常量、靜態(tài)變量等。
方法區(qū)有時候也叫永久代，因為方法區(qū)主要回收常量池和類的卸載，實際上就是很少回收這個區(qū)域。
方法區(qū)里會存放運行時常量池，包括字面量和符號引用等。

關(guān)于常量池和靜態(tài)域
我們在程序中經(jīng)常使用final常量，如果頻繁地創(chuàng)建和銷毀常量，會影響系統(tǒng)性能，所以JVM里用專門的常量池來管理數(shù)據(jù)，可以節(jié)約內(nèi)存（比如字符串常量池會合并字符串常量），節(jié)省時間（比如字符串之間直接用==判斷是否引用，比用equals判斷內(nèi)容快）。
但是，常量池是最繁瑣的數(shù)據(jù)，14種常量類型在常量池里都有自己的結(jié)構(gòu)，其中字符串常量池還有一些很特殊的特性（后面說）。

常量又可以細(xì)分為字面量和符號引用：

• 字面量
  字面量也叫直接常量，包括基本類型、String、數(shù)組等，都是開發(fā)者自己用Java語言定義的，這個好理解。
• 符號引用
  符號引用和編譯有關(guān)，包括類和接口的全名、方法/字段的名稱和描述。
  符號引用是為類的加載服務(wù)的，由于Class文件的方法/字段是動態(tài)分配的內(nèi)存，所以在加載Class文件時沒有方法/字段的真正的內(nèi)存入口，只能先保存方法/字段的名稱和描述，放在常量池中，作為符號引用，在類得到創(chuàng)建和運行時，方法/字段有真正的內(nèi)存了，再解析翻譯這些符號引用，讓它們指向真正的內(nèi)存。這個過程就是虛擬機(jī)加載Class文件時的動態(tài)連接。

關(guān)于運行時常量池
存放類的直接常量和符號引用，運行時常量池允許在運行期間向池里放新的常量（比如String的intern()方法）
字符串常量池比較特殊，JVM在全局只維護(hù)唯一一個字符串常量池，這其實是一個享元模式。

關(guān)于字符串常量池
字符串常量池，專門存儲編譯期間的字符串?dāng)?shù)據(jù)，JVM對字符串常量池做了很多特殊的優(yōu)化。
首先，程序中的字符串可能在常量池，也可能在堆里，很簡單，如果在代碼中用雙引號定義了字符串，就是直接常量，那么這個字符串在編譯時就會創(chuàng)建，并保存在常量池中；如果是在運行中new出來，那么就是運行時，會保存在堆中。
然后，常量池會合并字符串，重復(fù)字符串在常量池中和在堆中的數(shù)量是不一樣的：重復(fù)字符串（equals相等）在常量池中只有一個；但是在堆中會有多個：

來自Java內(nèi)存分配之堆、棧和常量池

String s1 = "test";
String s2 = new String("test");
String s3 = "te"+"st";
String st = "st";
String s4 = "te"+st;
String s5 = ("te"+st).intern();

s1.intern()==s1（雙引號字符串本來就在常量池）
s1!=s2（new的對象在堆中）
s1==s3（+雙引號字符串，視為常量）
s1!=s4（+變量，不是常量，在堆中創(chuàng)建）
s1==s5（intern會向常量中保存，并使用其中對應(yīng)字符串常量的引用）

引用

《深入理解Java虛擬機(jī)》
Java:對象的強、軟、弱和虛引用
ReferenceQueue的使用
Java 內(nèi)存分配全面淺析
Java虛擬機(jī)-----方法區(qū)和運行時常量池
Java內(nèi)存分配之堆、棧和常量池
Java常量池理解與總結(jié)
Java中幾種常量池的區(qū)分
Class文件中的常量池詳解（上）
對象訪問分析