JVM 系列（二）内存模型

02 JVM 系列（二）内存模型

一、JVM 内存组成

(1) PC 寄存器（线程私有）

Java 虚拟机会为每个线程创建 PC 寄存器，在任意时刻，一个 java 线程总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法。

如果当前方法不是本地方法，PC 寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则 PC 寄存器值为 undefined，寄存器存放如当前执行环境指针、程序计数器、操作栈指针、计算的变量指针等信息。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

(2) Java 虚拟机栈（线程私有）

每个方法在执行的时候会创建一个栈帧，存储了局部变量表，操作数栈，动态连接，方法返回地址等。每个方法从调用到执行完毕，对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。通常所说的栈，一般是指虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表所需的内存在编译期间完成分配。

如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则 StackOverflowError。如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展到无法申请足够的内存，则 OutOfMemoryError。

(3) 本地方法栈（线程私有）

本地方法栈和 Java 栈非常类似，最大不同为本地方法栈用于本地方法调用。Java 虚拟机允许 Java 直接调用本地方法(通常使用C编写)。

也会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。

(4) Java 堆（线程共享）

Java 虚拟机启动的时候建立 Java 堆，它是 Java 程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放到 Java 堆中，堆空间是所有线
被所有线程共享的。堆可以按照可扩展来实现：-Xmx(最大内存) 和 -Xms(初始化内存)

当堆中没有内存可以分配给实例，也无法再扩展时，则抛出 OutOfMemoryError 异常。

(5) 方法区（线程共享）

用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

当方法区无法满足内存分配需求时，则抛出 OutOfMemoryError 异常。

JDK1.7 中，已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。JDK1.8 撤销永久代，引入元空间。

(6) 运行时常量池

是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。当常量池无法再申请到内存时，则抛出 OutOfMemoryError 异常。

(7) 直接内存

Java 的 NIO 库允许 Java 程序使用直接内而提高性能，通红接内存速度会优于 java 堆。读写频繁的场合可能会考虑使用。

直接内存不是运行时数据区的一部分，但也可能抛出 OutOfMemoryError 异常。

总结：

名称	特征	作用	配置	异常
栈区	线程私有，使用一段连续的内存空间	存放局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口	-Xss	StackOverflowError OutOfMemoryError
堆	线程共享，生命周期与虚拟机相同	保存对象实例	-Xms -Xmx -Xmn	OutOfMemoryError
程序计数器	线程私有、占用内存小	字节码行号	无	无
方法区	线程共享	存储类加载信息、常量、静态变量等	-XX:PermSize -XX:MaxPermSize	OutOfMemoryError

二、java 堆和 GC

java 堆是和 java 应用程序关系最密切的内存空间，几乎所有的对象都存放在其中，并且 java 堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显示地释放。 Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要区域。

根据垃圾回收机制不同，其中堆有可能拥有不同的结构：

1. java 堆分为新生代和老年代。新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。
2. 堆大小 = 新生代 + 老年代。其中，堆的大小可以通过参数 –Xms、-Xmx 来指定。新生代与老年代的比例通过参数 –XX:NewRatio 来指定。
3. 新生代分为 eden 区、s0 区、s1 区，s0 和 s1 也被称为 from 和 to 区域，他们是两块大小相等并且可以互换角色的空间。Edem与from的比例通过参数 –XX:SurvivorRatio 来指定。
4. Minor GC 采用的是复制算法，将还存活的对象从 s0 拷贝到 s1 区。
5. 绝大多数情况下，对象首先分配在 eden 区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入 s0 或者 s1 区，之后每经过一次新生代向收，如果对象存活则它的年龄就加 1。

三、参数配置

参数	说明
-Xms	初始堆大小。如：-Xms256m
-Xmx	最大堆大小。如：-Xmx512m
-Xmn	新生代大小。通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%
-Xss	JDK1.5+ 每个线程堆栈大小为 1M，一般来说如果栈不是很深的话， 1M 是绝对够用了的。
-XX:NewRatio	新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3
-XX:SurvivorRatio	新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10
-XX:PermSize	永久代(方法区)的初始大小
-XX:MaxPermSize	永久代(方法区)的最大值
-XX:+PrintGCDetails	打印 GC 信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError	让虚拟机在发生内存溢出时 Dump 出当前的内存堆转储快照，以便分析用

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