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jvm系列:JVM内存结构

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JVM内存结构主要有三大块:堆内存、方法区和栈。堆内存是JVM中最大的一块,由年轻代和老年代组成,而年轻代内存又被分成三部分,Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配;方法区存储类信息、常量、静态变量等数据,是线程共享的区域,为与Java堆区分,方法区还有一个别名Non-Heap(非堆);栈又分为java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。

jvm内存.png

内存分成线程私有(红色)的和线程共有的(绿色)。

程序计数器

计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址,虚拟机通过程序计数器,来确定下一条要执行的字节码指令。在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

Java虚拟机栈

  与程序计数器一样,Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用(reference类型,它不等同于对象本身,根据不同的虚拟机实现,它可能是一个指向对象起始地址的引用指针,也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展,只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈),当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

  JVM 调用本地方法(Native)接口时使用,也是线程私有的,这时候使用的空间就是本地方法栈。在JVM规范中,并没有对本地方发展的具体实现方法以及数据结构作强制规定,虚拟机可以自由实现它。在HotSopt虚拟机中直接就把本地方法栈和Java栈合二为一。也就是说本地方法也会创建栈帧,押栈出栈。

栈帧.PNG

局部变量表:存放局部变量的地址;

操作数栈:进行参数传递;

动态链接:指向下一个栈帧或者方法区静态变量;

返回地址:执行完后,返回上一个栈帧。

  Java中的堆是用来存储对象本身的以及数组(当然,数组引用是存放在Java栈中的)。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称做“GC堆”。如果从内存回收的角度看,由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法,所以Java堆中还可以细分为:新生代和老年代;再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可,就像磁盘空间一样。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,实际应用时可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)更好。

方法区

  方法区也是所有线程所共享的。它用于存储已经被JVM加载的类信息(类型信息:差不多是C的对象元信息)、常量(存堆中的地址)、静态变量、即时编译器(JIT)编译后的代码等数据信息。且设有保护程序,当一个线程正在访问的时候,另一个线程不能同时加载一个类,需要延迟等待。同时,方法区中的大小是可以改变的,运行时也可以扩展,对象也可进行垃圾回收,不过条件比较苛刻,需要没有任何引用才会进行回收。

虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的应该是与Java堆区分开来。方法区又被称为“永久代”(JDK8之前是永久代,之后叫元空间),本质上两者并不等价,仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而已 Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。

控制参数

-Xms设置堆的最小空间大小。

-Xmx设置堆的最大空间大小。

-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。

-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。

-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。

-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。

-Xss设置每个线程的堆栈大小。

没有直接设置老年代的参数,但是可以设置堆空间大小和新生代空间大小两个参数来间接控制。 老年代空间大小=堆空间大小-年轻代大空间大小。

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