JVM详细分析（1）——内存结构篇

stonethrow
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面试官上来一个平A，”你对JVM了解多少？"。我心想:好家伙，我直接开始吟唱!

JVM内存划分

线程不共享区域

程序计数器

当前线程所执行的字节码的行号指示器。每个线程之间独立存储运行。 ⚠️ 注意：程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

方法栈

JVM 运行时数据区域的一个核心，存放方法调用的数据。

方法调用的数据需要通过栈进行传递，每一次方法调用都会有一个对应的栈帧被压入栈中，每一个方法调用结束后，都会有一个栈帧被弹出。

栈由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址。和数据结构上的栈类似，两者都是先进后出的数据结构，只支持出栈和入栈两种操作。

image.png

局部变量表

存放方法中的基本数据类型和对象引用。

注意： 在new一个对象的时候，实际是创建了一个对象引用和实际的对象内存地址。

(前半部分为对象引用，存放在栈的局部变量表中）
Person person = new Person();
（后半部分才是实际的对象，存放在jvm堆中)

image.png

坑点！： 虽然栈中会存放基本数据类型，但作为实例变量的基本数据类型是存放在堆中的，因为实例变量并不属于方法，而是类，栈中存放的是方法调用过程中的数据。

程序运行中栈可能会出现两种错误：

  • StackOverFlowError： 若栈的内存大小不允许动态扩展，无限个方法调用作为栈帧存入栈，就会发生StackOverFlowError 错误。
  • OutOfMemoryError： 如果栈的内存大小可以动态扩展， 栈变得大于了Jvm内存限制，则抛出OutOfMemoryError异常。

线程共享区域

堆

Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作 GC 堆（Garbage Collected Heap） 。从垃圾回收的角度，由于现在收集器（CMS,G1）基本都采用分代垃圾收集算法，所以 Java 堆还可以细分为：新生代和老年代（CMS）；再细致一点有：Eden、Survivor、Old 等空间（G1）。

image.png

大部分情况，对象都会首先在 Eden 区域分配，在一次新生代垃圾回收后，如果对象还存活，则会进入 S0 或者 S1，并且对象的年龄还会加 1(Eden 区->Survivor 区后对象的初始年龄变为 1)，当它的年龄增加到一定程度（默认为 15 岁），就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

  1. 设置堆内存大小：

    • -Xms<size>: 设置 JVM 的初始堆大小。
    • -Xmx<size>: 设置 JVM 最大堆大小。

示例：java -Xms512m -Xmx1024m YourMainClass

堆这里最容易出现的就是 OutOfMemoryError 错误，并且出现这种错误之后的表现形式还会有几种，比如：

  1. java.lang.OutOfMemoryError: GC Overhead Limit Exceeded：当 JVM 花太多时间执行垃圾回收并且只能回收很少的堆空间时，就会发生此错误。
  2. java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space :假如在创建新的对象时, 堆内存中的空间不足以存放新创建的对象, 就会引发此错误。

方法区

JDK 8 版本之后 PermGen(永久代) 已被 Metaspace(元空间) 取代，元空间使用的是本地内存。

image.png

1、整个永久代有一个 JVM 本身设置的固定大小上限，无法进行调整，而元空间使用的是本地内存，受本机可用内存的限制，虽然元空间仍旧可能溢出，但是比原来出现的几率会更小。

当元空间溢出时会得到如下错误：java.lang.OutOfMemoryError: MetaSpace

你可以使用 -XX：MaxMetaspaceSize 标志设置最大元空间大小，默认值为 unlimited，这意味着它只受系统内存的限制。-XX：MetaspaceSize 调整标志定义元空间的初始大小如果未指定此标志，则 Metaspace 将根据运行时的应用程序需求动态地重新调整大小。

2、元空间里面存放的是类的元数据，这样加载多少类的元数据就不由 MaxPermSize 控制了, 而由系统的实际可用空间来控制，这样能加载的类就更多了。

方法区内容分析

  1. 类的元数据信息：包括类的结构信息、方法信息、字段信息、方法字节码等。每个类在方法区中都有一个对应的 Class 对象，用于表示这个类的结构信息。
  2. 运行时常量池：方法区包含了每个类的运行时常量池，其中存放着编译期生成的各种字面量和符号引用。例如字符串常量、类和接口的全限定名、字段和方法的名称和描述符等。
  3. 静态变量：方法区也包含了所有类中的静态字段，无论这些字段是否被声明为 final。

method-area-jdk1.6

method-area-jdk1.7

JDK1.7 之前，字符串常量池存放在永久代。JDK1.7 字符串常量池和静态变量从永久代移动了 Java 堆中。

JDK 1.7 为什么要将字符串常量池移动到堆中？

主要是因为永久代（方法区实现）的 GC 回收效率太低，只有在整堆收集 (Full GC)的时候才会被执行 GC。Java 程序中通常会有大量的被创建的字符串等待回收，将字符串常量池放到堆中，能够更高效及时地回收字符串内存

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