JVM的内存结构介绍

JVM的内存结构介绍 JVM的内存结构 一、 运行时数据区

在java中，内存布局分了5大块，分别是堆区，虚拟机栈、本地方法栈、方法区、程序计数器。

其中，绿色区域是线程共享区域、红色区域是线程私有空间。

1. 程序计数器 1.1 概念

程序计数器是一个较小的内存空间区域，是用来表示当前线程执行的字节码的行号指示器。由字节码解释器工作时通过改变计数器的值来选择下一条要执行的字节码执行。对于分支、循环、异常等都需要依赖计数器来指定执行位置，该区域是线程独有的，每一个线程都有单独的计数器。

1.2 作用

1、字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指定，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行，跳转等。
2、在多线程下，程序计数器用于记录当前线程的执行位置，从而当线程切换的时候能知道线程上次执行在哪。

1.3 是否线程共享

程序计数器是线程私有空间。

1.4 生命周期

其生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而消亡。

1.5 异常问题

程序计数器是唯一一个不会出现OutOfMemoryError的内存区域

2. 虚拟机栈 2.1 概念

虚拟机栈主要是描述Java方法的执行的内存模型，每个方法被执行的时候都回去同时创建一个栈帧。

2.2 作用

用于存放局部变量表， *** 作数栈，动态链接等，每一个方法被调用直至执行完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈过程。

java代码的执行就是调用方法，每一个栈帧中存储局部变量表、 *** 作数栈、动态链接、方法出口信息。局部变量表中存放八大原始类型，对象引用（可能是指向对象的起始地址的引用指针，也可能是一个代表对象的句柄或者其他与他相关的位置信息），局部变量表所需要的内存在编译阶段完成分配，在方法的执行期间不会改变局部变量表的大小。以下是虚拟机栈详细图解。

2.3 是否线程共享

Java虚拟机栈是线程私有的。

2.4 生命周期

生命周期随着线程创建而创建，随着线程的消亡而死亡。

2.5 异常问题

Java虚拟机栈会出现两种异常StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

StackOverFlowError：若java虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，当线程请求的栈的深度超过当前虚拟机栈最大的深度的时候就会抛出StackOverFlowErrorStackOverFlowError

OutOfMemoryError：若java虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈是内存用完了，无法进行动态扩展，此时抛出OutOfMemoryError异常。

在JVM中设置虚拟机栈的大小设置：
-Xss:用于设置栈的带下，栈的大小决定了方法的调用深度
-Xss512k

3. 本地方法栈 3.1 概念

和虚拟机栈的作用是非常类似的，区别在于，虚拟机栈是未虚拟机提供Java方法（字节码）的服务，而本地方法栈则为虚拟机栈使用到的native方法服务。

3.2 作用

为虚拟机栈使用到的native方法服务。

3.3 是否线程共享

线程私有的。

3.4 生命周期

生命周期随着线程创建而创建，随着线程的消亡而死亡。

3.5 异常问题

也会出现两种异常StackOverFlowError和OutOfMemoryError。

4. 堆 4.1 概念

堆是虚拟机栈所管理的内存最大的一块。

4.2 作用

堆是用来存放java对象和数组的、GC（垃圾回收） *** 作主要关注的是堆空间

4.3 是否线程共享

是线程共享的内存区域。

4.4 生命周期

在虚拟机启动的时候创建、随着虚拟机消亡而死亡。

4.5 异常问题

当堆内存空间不足时，会抛出OutOfMemoryError异常。

根据垃圾回收算法，堆空间划分：新生代和老年代（永久代）
新生代细化分：Eden空间，form Survivor和to Survivor，为了更好的回收内存。

对于堆空间的参数设置
设置堆初始容量 -Xms1024m
设置堆空间存储最大值 -Xmx1024m
设置新生代堆的大小 -Xmn512m

永久代：JDK1.6及之前，存在永久代，JDK1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”。JDK1.8及之后，移除了永久代，新增了一个元空间（metaSpace）的内存区域（元空间使用物理内存，直接受本机物理内存限制）。

5. 方法区 5.1 作用

主要存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据。

5.2 是否线程共享

方法区是线程共享的；当有多个线程都用到一个类的时候，而这个类还未被加载，则应该只有一个线程去加载类，让其他线程等待。

5.3 异常问题

在一定的条件下会被GC *** 作，方法区使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemoryError的异常。

二、方法区和永久代

HotSpot虚拟机中方法区也称之为“永久代”，设计时用永久代来实现方法。

1. 方法区在不同 JDK 版本的变化

运行时常量池：String s=“hello”

常量池：用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用

通过上图可知，常量池在JDK1.6及之前存放在方法区，在JDK1.7之后放在老年代。

2. 方法区和元空间的区别

三、虚拟机如何创建对象，堆空间的分配，如何查找对象

通过new Object()过程

1. 对象的创建

先在虚拟机栈中创建栈帧、栈帧内创建对象的引用、在方法区进行类的加载，然后在Java的堆区进行分配空间并内存初始化，在回到栈帧中初始化对象数据，完成对象的创建。

2.堆空间对象空间分配

堆空间是线程共享的，需要解决并发问题，在堆中并发问题解决方式有两种，同步方式和TLAB方式。

同步方式：JVM为了效率采用CAS方式，CAS：比较并交换，实现无锁形式的原子指定。
TLAB方式：（Thread Local Allocation Buffer），每个线层在堆中预先分配一小块内存，叫做本地线程分配缓冲区。

那个线程需要分配内存先去各自的TLAB分配，但TLAB比较小，为了加速对象的分配，在线程使用完TLAB空间之后在到堆中分配内存，此时考虑同步机制。

3. 对象的访问

句柄访问：
优点：在垃圾回收对象时需要经常转移对象，即对象地址会发生改变，这时只需要改变句柄池中执行对象实例的数据的指针即可（不需要修改reference）。
缺点：查找对象需要两次指针查找。

直接访问：

优点：相对于句柄访问定位，减少了一次指针定位的开销（也减少了句柄池池占用的存储空间），Hotspot虚拟机设置采用的其实直接访问形式查找对象。
缺点：当对象被GC *** 作发送改变，所有调用该对象的虚拟机栈中的引用也要被改变。