🧠 内存模型

1. JVM 运行时数据区有哪些？各区域的作用和 OOM 风险？

五大区域（按线程归属分）：

• 程序计数器（PC 寄存器）：记录当前线程执行到的字节码行号。线程私有，无 OOM。唯一不会 OOM 的区域。
• 虚拟机栈（Java 栈）：线程私有，存放栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址）。每调用一个方法入栈一个栈帧。溢出：StackOverflowError（栈深超限）/ OutOfMemoryError（栈容量申请失败）。Xss 默认 1M。
• 本地方法栈：为 native 方法服务，与虚拟机栈类似。
• 堆（Heap）：线程共享，存放所有对象实例。GC 主战场，分新生代（Eden + 两个 Survivor）和老年代。OOM 最常见区域：Java heap space。
• 方法区（Method Area）：存放类的元信息（字段/方法描述）、运行时常量池、类变量的定义。注意：静态变量的值在 JDK 7 起已随 Class 对象移到堆中，字符串常量池同样在 JDK 7 移入堆。JDK 7 前方法区是永久代（PermGen，-XX:MaxPermSize）；JDK 8 改为元空间（Metaspace，使用本地内存，-XX:MaxMetaspaceSize）。

2. new 一个对象，JVM 内部发生了什么？

1. 类加载检查：检查常量池能否定位到类符号引用，类是否已加载/解析/初始化（未加载则先加载）
2. 分配内存：
   • 指针碰撞（Bump the Pointer）：堆内存规整（Serial/ParNew 用复制整理）→ 移动指针即可
   • 空闲列表（Free List）：堆内存碎片化（CMS 用标记清除）→ 维护可用块列表
   • 并发安全：CAS + 失败重试，或 TLAB（线程本地分配缓冲区，Eden 中每线程预分配一块，优先在 TLAB 分配，避免锁竞争）
3. 初始化零值：实例字段赋默认值（int=0、引用=null），保证不赋初值也能用
4. 设置对象头：Mark Word（hashCode、GC 分代年龄、锁状态标志）、类型指针（指向类元数据）
5. 执行构造方法：先执行父类构造（super()），再执行实例代码块和本类构造，按字节码顺序把字段初始化

3. 对象在内存中的布局（HotSpot）

• 对象头（Header）：
  • Mark Word（64 位机 8 字节）：hashCode、GC 年龄、锁状态（偏向锁/轻量锁/重量锁标记）。复用存储，不同状态含义不同
  • 类型指针（Klass Pointer，开启压缩指针后 4 字节）：指向方法区中的类元数据
  • 数组对象还有数组长度（4 字节）
• 实例数据（Instance Data）：字段值，相同宽度字段按分配顺序排列
• 对齐填充（Padding）：对象大小必须是 8 字节的倍数，不够就补

// 64 位 JVM，开启压缩指针（默认）
// 普通对象：对象头 12B（Mark Word 8B + 类型指针 4B）+ 字段 + 对齐
class User {
    int age;        // 4B
    String name;   // 4B（压缩引用）
}
// 12 + 4 + 4 = 20 → 对齐到 24 字节

// 数组：对象头 16B（多 4B 长度）+ 元素 × 大小，同样 8 字节对齐
int[] arr = new int[10];   // 16 + 40 = 56 → 对齐 56（已是 8 的倍数）

4. 什么是逃逸分析？JIT 会做什么优化？

逃逸分析：JIT 编译器分析对象作用域——对象只在方法内部使用（不逃逸）还是被方法外引用（逃逸）？基于分析结果做三个优化：

• 栈上分配：不逃逸的小对象直接在栈帧分配，方法结束自动销毁，免 GC。HotSpot 实际通过标量替换实现（见下）
• 标量替换：对象字段拆成独立标量（int、引用），直接在寄存器/栈上使用，对象本体不创建
• 锁消除：JIT 检测到对象锁不逃逸（无竞争），直接去掉 synchronized（如 StringBuffer 的局部使用）

public static String concat(String a, String b) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();  // 局部对象，不可能被其他线程访问
    sb.append(a).append(b);                  // JIT 消除 synchronized 开销
    return sb.toString();
}

5. 什么是直接内存（Direct Memory）？

• JDK4 引入 NIO 后，通过 DirectByteBuffer 分配堆外内存（基于 Unsafe.allocateMemory）
• 好处：读写不走 JVM 堆，省去一次堆内 ↔ 堆外拷贝；对垃圾回收无压力（不占堆）
• Netty 用它做零拷贝：网络数据直接读入直接内存，避免 read → 堆拷贝
• 风险：不归 JVM GC 管，需要手动回收（Cleaner 虚引用机制）；分配过多会 OutOfMemoryError: Direct buffer memory
• 大小由 -XX:MaxDirectMemorySize 控制，默认等于堆最大值