JVMの堆、栈内存存储

1、JVM栈的数据存储

        通过前面的学习，我们知道，将源代码编译成字节码文件后，JVM会对其中的字节码指令解释执行，在解释执行的过程中，又利用到了栈区的操作数栈和局部变量表两部分。

        而局部变量表又分为一个个的槽位，通常第0个槽位存放实例方法的this。而每个槽位的空间大小是根据不同虚拟机决定的：

• 32位虚拟机：32位，4个字节。
• 64位虚拟机：64位，8个字节。

        在Java中有八大基本数据类型，它们在堆中占用的字节数都是不同的，如下表所示：

        其中内存占用最多的是long和double类型，8个字节。

        它们在局部变量表中，需要占用两个槽位。如果这样说，很多人会有疑问，"每个槽位的空间大小是根据不同虚拟机决定的"，如果是32位虚拟机，每个槽位只有4个字节，占用两个槽位是没有问题的。但是如果是64位虚拟机呢？每个槽位有8个字节，按理说一个槽位就可以放下了，为什么还是需要占用两个槽位？

        原因在于，Java语言的跨平台特性。局部变量表是在编译期间就确定下来的，无法得知将来JVM会在何种环境下解释执行字节码指令。所以为了保证通用性，统一按照64位虚拟机进行考虑。并且虽然long和double类型占用了两个槽位共16个字节，实际上它的高8字节是没有被使用的。

        栈中的数据要保存到堆上&堆中加载到栈上需要如何实现？

        在编译成的字节码文件中，所有占用了一个槽位的数据类型都是被当做了int执行(iconst)，int默认占有4个字节，也就是在栈上这些都默认占有了4个字节。

        但是在堆上，它们实际有的只占有了1个字节，有的占有了2个字节。所以栈中的数据要保存在堆上，需要进行截取，堆中的数据加载到栈上则反之。

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         在进行过程分析之前，首先要明白两个概念，符号位和高（低）位

• 符号位：符号位是在计算机中用来表示数值的正负的特殊位。通常情况下，一个整数的符号位是用来表示该整数是正数还是负数的。在计算机中，符号位通常是由整数类型的最高位（最左侧的位）来表示的，其中 0 表示正数，1 表示负数。例如，在一个有符号的 8 位整数中，如果最高位是 0，则该整数被解释为正数；如果最高位是 1，则该整数被解释为负数。
• 高低位：通常是指在计算机中用于表示数字的二进制位的位置。在一个多字节的数据类型（比如整数或者浮点数）中，位被分为高位和低位两部分。高位是数据中权值最高的位，通常位于数据的最左侧。在有符号整数中，高位通常用于表示符号位（0 表示正数，1 表示负数）。在无符号整数中，高位用于表示最大的数值。低位是数据中权值最低的位，通常位于数据的最右侧。低位存储着数据的最小的权值。

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        堆中的数据加载到栈上时，也要考虑符号位的问题。boolean和char类型没有符号位，直接高位补0即可，byte和short有符号位，低位直接复制，高位负则补1，非负补0：

        栈中的数据要保存在堆上 ，需要将高位截取掉。而boolean类型只取低位的最后一位。

2、JVM对象在堆上的存储

         对象在堆中的内存布局，分为对象头和对象数据两部分，对象头中又有标记字和类型指针。如果是数组对象类型，对象头中额外保存了数组的容量。

        其中标记字 的结构，在64位和32位虚拟机中都不一样，其中64位虚拟机又分为是否进行了指针压缩：

这一块详见：http://t.csdnimg.cn/8D7DI

        我们也可以通过JoL jar包中提供的方法打印出这一块的信息：

        在打印出的信息中，我们可以发现，引用数据类型是排在最后的，并且在类的定义中，是long变量在前，int变量在后。但是打印出的对象头信息中，两者的顺序发生了交换，原因在于，每个属性的偏移量必须是字段长度的整数倍。在这个案例中，假如long变量在前，那么它的OFFSET和SIZE 就会变成12和8，不满足整数倍的条件，所以会做出调整。这就是内存对齐。

        而内存对齐的主要目的是为了解决在并发环境下cpu缓存失效的情况。

        简单来说，在一个缓存行中，可能存在多个实例的缓存。当其中一个实例的缓存失效需要更新时，会让整个缓存行都失效。从而影响到缓存行中的其他对象。

        内存对齐后，可以理解成同一个缓存行不会存有不同类型的对象，即使某个对象的缓存失效，也不会影响其他的对象：

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        上面也提到过指针压缩的概念。什么是指针压缩？

        指针压缩是一种优化技术，用于减小程序中指针所占用的内存空间。

        在64位系统中，一个指针通常需要8个字节。但在许多情况下，指针实际指向的地址并不需要使用那么多的位来表示，因为程序的内存地址空间可能不会达到8字节指针所能表示的范围。

        指针压缩技术利用这一点，通过降低指针所占用的位数来节省内存空间。这通常是通过将指针存储为较小的数据类型（比如32位系统中的4字节）来实现的，因为在大多数情况下，程序的内存地址空间并不会达到需要用到更多位表示的程度。

        指针压缩的一个常见实现方式是使用对象偏移量（Object Offset）来表示指针。在这种情况下，指针不再直接存储对象的内存地址，而是存储对象相对于某个基准地址（如堆的起始地址）的偏移量。通过这种方式，可以使用较少的位数来表示指针，从而节省内存空间。

        例如下图，左边的部分没有进行指针压缩，右边的部分进行了指针压缩。

        没有进行指针压缩时，当前对象的内存地址是8，并且占用了8个字节。进行了内存压缩后，指针中不存放真实的地址，而是存放编号（偏移量）。