Java深入淺出之JVM內存模型

一、虛擬機的發展

HotSpot VM（SUN）  以前使用範圍最廣的Java虛擬機

JRockit VM（BEA）   號稱”世界上最快的Java虛擬機”

J9 VM（IBM）

Dalvik VM（ Google ）

HotSpot VM（ORACLE） 目前使用範圍最廣的Java虛擬機

二、JVM的整體介紹

三、運行時數據區

這個是抽象概念，內部實現依賴寄存器、高速緩存、主內存（具體要分析 JVM 源碼 C++語言實現，沒必要看）

計算機的運行=指令+數據，指令用於執行方法的，數據用於存放數據和對象的。

虛擬機棧----執行 java 方法、本地方法棧---執行本地方法、程序計數器---程序執行的計數器

Java 中的數據：變量、常量、對象、數組相關。

四、程序計數器

較小的內存空間，當前線程執行的字節碼的行號指示器；各線程之間獨立存儲，互不影響（面試可能問到爲什麼需要）

如果線程正在執行的是一個 Java 方法，則指明當前線程執行的代字節碼行數

如果正在執行的是 Natvie 方法，這個計數器值則爲空（Undefined）

此內存區域是唯一一個不會出現 OutOfMemoryError 情況的區域。

五、棧

棧（Stack）：數據結構  入口和出口只有一個 入棧 出棧 

特點 先進後出（FIL0）

異常：

線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度：StackOverflowError

JVM動態擴展時無法申請到足夠的內存時：OutOfMemoryError

六、虛擬機棧

每個線程私有的，線程在運行時，在執行每個方法的時候都會打包成一個棧幀，存儲了局部變量表，操作數棧，動態鏈接，方法出口等信息，然後放入

棧。每個時刻正在執行的當前方法就是虛擬機棧頂的棧楨。方法的執行就對應着棧幀在虛擬機棧中入棧和出棧的過程。

棧的大小缺省爲 1M，可用參數 –Xss 調整大小，例如-Xss256k

在編譯程序代碼的時候，棧幀中需要多大的局部變量表，多深的操作數棧都已經完全確定了，並且寫入到方法表的 Code 屬性之中，因此一個棧幀需要分

配多少內存，不會受到程序運行期變量數據的影響，而僅僅取決於具體的虛擬機實現。

局部變量表:顧名思義就是局部變量的表，用於存放我們的局部變量的。首先它是一個 32 位的長度，主要存放我們的 Java 的八大基礎數據類型，一般 32

位就可以存放下，如果是 64 位的就使用高低位佔用兩個也可以存放下，如果是局部的一些對象，比如我們的 Object 對象，我們只需要存放它的一個引用

地址即可。（基本數據類型、對象引用、returnAddress 類型）

操作數據棧：存放我們方法執行的操作數的，它就是一個棧，先進後出的棧結構，操作數棧，就是用來操作的，操作的的元素可以是任意的 java 數據類

型，所以我們知道一個方法剛剛開始的時候，這個方法的操作數棧就是空的，操作數棧運行方法是會一直運行入棧/出棧的操作

動態連接:Java 語言特性多態（需要類加載、運行時才能確定具體的方法，後續有詳細的講解）

返回地址:

正常返回（調用程序計數器中的地址作爲返回）

三步曲：

恢復上層方法的局部變量表和操作數棧、

把返回值（如果有的話）壓入調用者棧幀的操作數棧中、

調整 PC 計數器的值以指向方法調用指令後面的一條指令、

異常的話（通過異常處理器表<非棧幀中的>來確定）

七、本地方法棧

各虛擬機自由實現，本地方法棧 native 方法調用 JNI 到了底層的 C/C++(c/c++可以觸發彙編語言，然後驅動硬件)

八、線程共享區域

方法區（永久代（JDK1.7和以前）、元空間（JDK1.8）） 類信息 常量 靜態變量 即時編譯期編譯後的代碼

Java堆(-Xms；-Xmx；-Xmn) 堆是需要重點關注的一塊區域，因爲涉及到內存的分配(new關鍵字，反射等)與回收(回收算法，收集器等) 幾乎所有的對象都是在堆中分配.

九、JVM各版本內存區域的變化

運行時常量池      Class 文件中的常量池（編譯器生成的各種字面量和符號引用）會在類加載後被放入這個區域。   

JDK1.6     運行時常量池在方法區中

JDK1.7     運行時常量池在堆中

JDK1.8     去永久代：使用元空間(空間大小隻受制於機器的內存)替代永久代     

永久代參數    

-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize =100M   超過100M OOM（）      

元空間參數    

-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize

爲什麼會這樣呢？

永久代來存儲類信息、常量、靜態變量等數據不是個好主意, 很容易遇到內存溢出的問題。 對永久代進行調優是很困難的,同時將元空間與堆的垃圾回收進行了隔離，避免永久代引發的Full GC和OOM等問題；

十、直接內存

不是虛擬機運行時數據區的一部分，也不是java虛擬機規範中定義的內存區域；

如果使用了NIO,這塊區域會被頻繁使用，在java堆內可以用directByteBuffer對象直接引用並操作；

這塊內存不受java堆大小限制，但受本機總內存的限制，可以通過MaxDirectMemorySize來設置（默認與堆內存最大值一樣），所以也會出現OOM異常；

避免了在Java 堆和Native 堆中來回複製數據，能夠提高效率

十一、站在線程角度看JVM

十二、深入分析堆和棧

功能

以棧幀的方式存儲方法調用的過程，並存儲方法調用過程中基本數據類型的變量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及對象的引用變量，其內存分配在棧上，變量出了作用域就會自動釋放；（stackoverflow,OOM）

而堆內存用來存儲Java中的對象。無論是成員變量，局部變量，還是類變量，它們指向的對象都存儲在堆內存中；

線程獨享還是共享

棧內存歸屬於單個線程，每個線程都會有一個棧內存，其存儲的變量只能在其所屬線程中可見，即棧內存可以理解成線程的私有內存。

堆內存中的對象對所有線程可見。堆內存中的對象可以被所有線程訪問。

空間大小

棧的內存要遠遠小於堆內存，棧的深度是有限制的，可能發生StackOverFlowError問題。

十三、JVM中對象的分配

十四、對象的內存佈局

十五、對象的訪問方式

句柄是一種特殊的智能指針 。句柄與普通指針的區別在於，指針包含的是引用對象的內存地址，而句柄則是由系統所管理的引用標識，該標識可以被系統重新定位到一個內存地址上。

十六、堆內存分配策略

堆進一步劃分 新生代（PSYoungGen） Eden空間   From Survivor空間 To Survivor空間 老年代（ParOldGen）

堆中參數配置：

新生代大小: -Xmn20m 表示新生代大小20m(初始和最大)

-XX:SurvivorRatio=8 表示Eden和Survivor的比值， 缺省爲8 表示 Eden:From:To= 8:1:1 2 Eden:From:To=  2:1:1

對象優先在Eden分配 大對象直接進入老年代 長期存活的對象將進入老年代 動態對象年齡判定 空間分配擔保

後續會持續更新JVM算法！！！