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JVM 系列 - JVM 內存結構#

內容來自:

1. JVM 內存結構
2. JVM 內存結構和 Java 內存模型

基本概念#

Java 虛擬機的內存空間分為 5 個部分：

• 程序計數器
• Java 虛擬機棧
• 本地方法棧
• 堆
• 方法區

引用《深入理解 Java 虛擬機》一書中的圖:

程序計數器 (PC 寄存器)#

程序計數器的定義#

程序計數器是一塊較小的內存空間，是當前線程正在執行的那條字節碼指令的地址。若當前線程正在執行的是一個本地方法，那麼此時程序計數器為Undefined

程序計數器的作用#

• 字節碼解釋器通過改變程序計數器來依次讀取指令，從而實現代碼的流程控制。
• 在多線程情況下，程序計數器記錄的是當前線程執行的位置，從而當線程切換回來時，就知道上次線程執行到哪了

程序計數器的特點#

• 是一塊較小的內存空間。
• 線程私有，每條線程都有自己的程序計數器。
• 生命周期：隨著線程的創建而創建，隨著線程的結束而銷毀。
• 是唯一一個不會出現 OutOfMemoryError 的內存區域

Java 虛擬機棧#

Java 虛擬機棧的定義#

Java 虛擬機棧是描述 Java 方法運行過程的內存模型。

Java 虛擬機棧會為每一個即將運行的 Java 方法創建一塊叫做 “棧幀” 的區域，用於存放該方法運行過程中的一些信息，如圖所示：

Java 虛擬機棧的特點#

• 局部變量表隨著棧幀的創建而創建，它的大小在編譯時確定，創建時只需分配事先規定的大小即可。在方法運行過程中，局部變量表的大小不會發生改變。
• Java 虛擬機棧會出現兩種異常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
• StackOverFlowError 若 Java 虛擬機棧的大小不允許動態擴展，那麼當線程請求棧的深度超過當前 Java 虛擬機棧的最大深度時，拋出 StackOverFlowError 異常（出現 StackOverFlowError 時，內存空間可能還有很多）
• OutOfMemoryError 若允許動態擴展，那麼當線程請求棧時內存用完了，無法再動態擴展時，拋出 OutOfMemoryError 異常。
• Java 虛擬機棧也是線程私有，隨著線程創建而創建，隨著線程的結束而銷毀，數據不是線程共享的，因此不用關心數據一致性問題，也不會存在同步鎖的問題

本地方法棧（C 棧）#

如 Java 使用 c 或者 c++ 編寫的接口服務時，代碼在此區運行

本地方法棧是為 JVM 運行 Native 方法準備的空間，由於很多 Native 方法都是用 C 語言實現的，所以它通常又叫 C 棧。它與 Java 虛擬機棧實現的功能類似，只不過本地方法棧是描述本地方法運行過程的內存模型

堆#

堆的定義#

堆是用來存放對象的內存空間，幾乎所有的對象都存儲在堆中。堆內存的分為新生代、老年代和永久代。新生代又被進一步分為：Eden 區＋Survior1 區＋Survior2 區。在 JDK 1.8 中移除整個永久代，取而代之的是一個叫 ** 元空間（Metaspace）** 的區域（永久代使用的是 JVM 的堆內存空間，而元空間使用的是物理內存，直接受到本機的物理內存限制）

堆的特點#

• 線程共享，整個 Java 虛擬機只有一個堆，所有的線程都訪問同一個堆。而程序計數器、Java 虛擬機棧、本地方法棧都是一個線程對應一個。
• 在虛擬機啟動時創建。
• 是垃圾回收的主要場所。

不同的區域存放不同生命周期的對象，這樣可以根據不同的區域使用不同的垃圾回收算法，更具有針對性。

堆的大小既可以固定也可以擴展，但對於主流的虛擬機，堆的大小是可擴展的，因此當線程請求分配內存，但堆已滿，且內存已無法再擴展時，就會拋出 OutOfMemoryError 異常。

Java 堆所使用的內存不需要保證是連續的。而由於堆是被所有線程共享的，所以對它的訪問需要注意同步問題，方法和對應的屬性都需要保證一致性。

方法區#

方法區的定義#

Java 虛擬機規範中定義方法區是堆的一個邏輯部分。方法區存放以下信息：

• 已經被虛擬機加載的類信息
• 常量
• 靜態變量
• 即時編譯器編譯後的代碼

方法區的特點#

• 線程共享: 方法區是堆的一個邏輯部分，因此和堆一樣，都是線程共享的。整個虛擬機中只有一個方法區。
• 永久代: 方法區中的信息一般需要長期存在，而且它又是堆的邏輯分區，因此用堆的劃分方法，把方法區稱為 “永久代”。
• 內存回收效率低。 方法區中的信息一般需要長期存在，回收一遍之後可能只有少量信息無效。主要回收目標是：對常量池的回收；對類型的卸載。
• Java 虛擬機規範對方法區的要求比較寬鬆。 和堆一樣，允許固定大小，也允許動態擴展，還允許不實現垃圾回收。

運行時常量池#

方法區中存放：類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼。常量就存放在運行時常量池中。

當類被 Java 虛擬機加載後， .class 文件中的常量就存放在方法區的運行時常量池中。而且在運行期間，可以向常量池中添加新的常量。如 String 類的 intern () 方法就能在運行期間向常量池中添加字符串常量

JVM 控制參數#

如圖所示，常用的一些控制參數如下:

• -Xms設置堆的最小空間大小。

• -Xmx設置堆的最大空間大小。

• -XX:NewSize設置新生代最小空間大小。

• -XX:MaxNewSize設置新生代最大空間大小。

• -XX:PermSize設置永久代最小空間大小。

• -XX:MaxPermSize設置永久代最大空間大小。

• -Xss設置每個線程的堆棧大小

沒有直接設置老年代的參數，但是可以設置堆空間大小和新生代空間大小兩個參數來間接控制。 老年代空間大小 = 堆空間大小 - 年輕代大空間大小