4.JVM的内存模型
1.JVM内存模型简介
JVM定义了不同运行时数据区，他们是用来执行应用程序的。某些区域随着JVM启动及销毁，另外一
些区域的数据是线程性独立的，随着线程创建和销毁。jvm内存模型总体架构图如下：（摘自oracle
官方网站）
JVM在执行Java程序时，会把它管理的内存划分为若干个的区域，每个区域都有自己的用途和创建
销毁时间。如下图所示，可以分为两大部分，线程私有区和共享区。下图是根据自己理解画的一个
JVM内存模型架构图：
JVM内存分为线程私有区和线程共享区
线程私有区
1、程序计数器
当同时进行的线程数超过CPU数或其内核数时，就要通过时间片轮询分派CPU的时间资源，不免发
生线程切换。这时，每个线程就需要一个属于自己的计数器来记录下一条要运行的指令。如果执行
的是JAVA方法，计数器记录正在执行的java字节码地址，如果执行的是native方法，则计数器为
空。
2、虚拟机栈
线程私有的，与线程在同一时间创建。管理JAVA方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一
个桢栈来存储方法的的变量表、操作数栈、动态链接方法、返回值、返回地址等信息。栈的大小决
定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss参数可以设置虚拟机
栈大小）。栈的大小可以是固定的，或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度，则
抛出stackOverflflowError；如果栈是可动态扩展的，但没有内存空间支持扩展，则抛出
OutofMemoryError。 使用jclasslib工具可以查看class类文件的结构。下图为栈帧结构图：
3、本地方法栈
与虚拟机栈作用相似。但它不是为Java方法服务的，而是本地方法（C语言）。由于规范对这块没有
强制要求，不同虚拟机实现方法不同。
线程共享区
1、方法区
线程共享的，用于存放被虚拟机加载的类的元数据信息，如常量、静态变量和即时编译器编译后的
代码。若要分代，算是永久代（老年代），以前类大多“static”的，很少被卸载或收集，现回收废弃
常量和无用的类。其中运行时常量池存放编译生成的各种常量。（如果hotspot虚拟机确定一个类
的定义信息不会被使用，也会将其回收。回收的基本条件至少有：所有该类的实例被回收，而且装
载该类的ClassLoader被回收）
2、堆
存放对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域，分为新生代和老年代。刚创建的对象在新生代的
Eden区中，经过GC后进入新生代的S0区中，再经过GC进入新生代的S1区中，15次GC后仍存在就
进入老年代。这是按照一种回收机制进行划分的，不是固定的。若堆的空间不够实例分配，则
OutOfMemoryError。
5、堆和栈的区别
栈是运行时单位，代表着逻辑，内含基本数据类型和堆中对象引用，所在区域连续，没有碎片；堆
是存储单位，代表着数据，可被多个栈共享（包括成员中基本数据类型、引用和引用对象），所在
区域不连续，会有碎片。
1、功能不同
栈内存用来存储局部变量和方法调用，而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变
量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。
2、共享性不同
栈内存是线程私有的。 堆内存是所有线程共有的。
3、异常错误不同
如果栈内存或者堆内存不足都会抛出异常。 栈空间不足：java.lang.StackOverFlowError。 堆空间
不足：java.lang.OutOfMemoryError。
4、空间大小
栈的空间大小远远小于堆的。
6、 什么时候会触发FullGC
除直接调用System.gc外，触发Full GC执行的情况有如下四种。
1. 旧生代空间不足 旧生代空间只有在新生代对象转入及创建为大对象、大数组时才会出现不足的现象，当执行Full GC后空间仍然不
足，则抛出如下错误： java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 为避免以上两种状况引起
的FullGC，调优时应尽量做到让对象在Minor GC阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间及不
要创建过大的对象及数组。
2. Permanet Generation空间满 PermanetGeneration中存放的为一些class的信息等，当系统中
要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，Permanet Generation可能会被占满，在未配置为采
用CMS GC的情况下会执行Full GC。如果经过Full GC仍然回收不了，那么JVM会抛出如下错误信
息： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 为避免Perm Gen占满造成Full GC现象，可
采用的方法为增大Perm Gen空间或转为使用CMS GC。
3. CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure 对于采用CMS进行旧生代GC的
程序而言，尤其要注意GC日志中是否有promotion failed和concurrent mode failure两种状况，当
这两种状况出现时可能会触发Full GC。 promotionfailed是在进行Minor GC时，survivor space放
不下、对象只能放入旧生代，而此时旧生代也放不下造成的；concurrent mode failure是在执行
CMS GC的过程中同时有对象要放入旧生代，而此时旧生代空间不足造成的。 应对措施为：增大
survivorspace、旧生代空间或调低触发并发GC的比率，但在JDK 5.0+、6.0+的版本中有可能会由
于JDK的bug29导致CMS在remark完毕后很久才触发sweeping动作。对于这种状况，可通过设置-
XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5（单位为ms）来避免。
4. 统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间 这是一个较为复杂的触发
情况，Hotspot为了避免由于新生代对象晋升到旧生代导致旧生代空间不足的现象，在进行Minor
GC时，做了一个判断，如果之前统计所得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩
余空间，那么就直接触发Full GC。 例如程序第一次触发MinorGC后，有6MB的对象晋升到旧生
代，那么当下一次Minor GC发生时，首先检查旧生代的剩余空间是否大于6MB，如果小于6MB，
则执行Full GC。 当新生代采用PSGC时，方式稍有不同，PS GC是在Minor GC后也会检查，例如上
面的例子中第一次Minor GC后，PS GC会检查此时旧生代的剩余空间是否大于6MB，如小于，则触
发对旧生代的回收。 除了以上4种状况外，对于使用RMI来进行RPC或管理的Sun JDK应用而言，默
认情况下会一小时执行一次Full GC。可通过在启动时通过- java
Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=3600000来设置Full GC执行的间隔时间或通过-XX:+
DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.gc。
7、Java内存结构
方法区和对是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有
的内存区域。
Java堆（Heap）
,是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。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。
方法区（Method Area）,方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区
域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数
据。
程序计数器（Program Counter Register）,程序计数器（Program Counter Register）是一块
较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
JVM栈（JVM Stacks）,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。
本地方法栈（Native Method Stacks）,本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发
挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服
务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。
8、垃圾收集算法
GC最基础的算法有三种：
标记 -清除算法、复制算法、标记-压缩算法，我们常用的垃圾回收器一般
都采用分代收集算法。
标记 -清除算法，
“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清
除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
复制算法，
**“复制”（Copying）的收集算法，**它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次
只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后
再把已使用过的内存空间一次清理掉。
标记-压缩算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行
清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，
这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
