JVM内存结构
【摘要】JVM内存结构
前言
我们既然可以说JVM是虚构出来的计算机，那么了解他的内存结构就显得尤为重要。
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Java内存组成结构：堆(Heap)和非堆(Non-heap)
按照官方的说法：“Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。可以看出JVM主要管理两种类型的内存：堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存，是留给开发人员使用的；非堆就是JVM留给 自己用的，所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中。
JVM内存区域模型
根据《Java 虚报机规范SE 7版》的规定，Java 虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区城，如图所示。
堆空间和栈空间
| 堆栈 | 描述 |
|---|---|
| 栈空间 | 栈空间 [stack] 它是一种先进后出[FILO]的内存结构，它的特点是：大小固定，不可以动态扩展，存取效率非常高在Java中，它主要用来存储局部变量。 只要是基本类型，则直接存值。 只要是对象类型，则一定是存地址【引用】,地址总是4个字节。 |
| 堆空间 | 堆空间 [heap]也是一个数据结构，它的特点：可以动态扩展大小，存取效率相比栈稍低。在Java中，堆用来存放对象本身，所有使用 new 运算符申请的都是堆空间。 也就是说，堆空间是需要程序员主动去申请的，而不是JVM自动给你的。 而且程序员自己申请的堆空间理论上来说是需要自己去主动释放的。 但是，Java中，JVM提供了一个GC线程，也就是垃圾回收线程，它会帮助我们去主动释放堆空间，这样一来，程序员们就无需自己手动去释放堆空间了。 如： Student s = new Student(); int[] a = new int[10]; |
方法区(Method Area)
也称”永久代” 、“非堆”， 它用于存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、是各个线程共享的内存区域。默认最小值为16MB，最大值为64MB，可以通过-XX:PermSize和 -XX:MaxPermSize参数限制方法区的大小。
运行时常量池：是方法区的一部分，其中的主要内容来自于JVM对Class的加载。
Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译器生成的各种符号引用，这部分内容将在类加载后放到方法区的运行时常量池中。
虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)
描述的是java 方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候 都会创建一个“栈帧”用于存储局部变量表(包括参数)、操作栈、方法出口等信息。每个方法被调用到执行完的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。声明周期与线程相同，是线程私有的。
局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(引用指针，并非对象本身)，其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量的空间，其余数据类型只占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，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量是完全确定的，在运行期间栈帧不会改变局部变量表的大小空间。
本地方法栈(Native Method Stacks)
与虚拟机栈基本类似，区别在于虚拟机栈为虚拟机执行的java方法服务，而本地方法栈则是为Native方法服务。
堆(Heap)
也叫做java 堆、GC堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块内存区域，也是被各个线程共享的内存区域，在JVM启动时创建。该内存区域存放了对象实例及数组(所有new的对象)。其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置，-Xms为JVM启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G，-Xmx为JVM可申请的最大内存，默认为物理内存的1/4但小于1G，默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小，可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列；当空余堆内存大于70%时，JVM会减小heap的大小到-Xms指定的大小，可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列，对于运行系统，为避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常-Xms与-Xmx的值设成一样。
由于现在收集器都是采用分代收集算法，堆被划分为新生代和老年代。新生代主要存储新创建的对象和尚未进入老年代的对象。老年代存储经过多次新生代GC(Minor GC)任然存活的对象。
新生代： 程序新创建的对象都是从新生代分配内存，新生代由
Eden Space和两块相同大小的Survivor Space(通常又称S0和S1或From和To)构成，可通过-Xmn参数来指定新生代的大小，也可以通过-XX:SurvivorRation来调整Eden Space及Survivor Space的大小。 老年代： 用于存放经过多次新生代GC任然存活的对象，例如缓存对象，新建的对象也有可能直接进入老年代，主要有两种情况：①.大对象，可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字节，默认为0)来代表超过多大时就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。②.大的数组对象，切数组中无引用外部对象。 老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减去-Xmn对应的值。
程序计数器(The PC Register)
是最小的一块内存区域，它的作用是当前线程所执行的字节码的行号指示器，在虚拟机的模型里，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，分支、循环、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成。
Java堆内存的10个要点
- 1.Java堆内存是操作系统分配给JVM的内存的一部分。
- 2.当我们创建对象时，它们存储在Java堆内存中。
- 3.为了便于垃圾回收，Java堆空间分成三个区域，分别叫作New Generation, Old Generation或叫作Tenured Generation，还有Perm Space。
- 4.你可以通过用JVM的命令行选项 -Xms, -Xmx, -Xmn来调整Java堆空间的大小。不要忘了在大小后面加上”M”或者”G”来表示单位。举个例子，你可以用 -Xmx256m来设置堆内存最大的大小为256MB。
- 5.你可以用JConsole或者 Runtime.maxMemory(), Runtime.totalMemory(), Runtime.freeMemory()来查看Java中堆内存的大小。
- 6.你可以使用命令“jmap”来获得heap dump，用“jhat”来分析heap dump。
- 7.Java堆空间不同于栈空间，栈空间是用来储存调用栈和局部变量的。
- 8.Java垃圾回收器是用来将死掉的对象(不再使用的对象)所占用的内存回收回来，再释放到Java堆空间中。
- 9.当你遇到java.lang.outOfMemoryError时，不要紧张，有时候仅仅增加堆空间就可以了，但如果经常出现的话，就要看看Java程序中是不是存在内存泄露了。
- 10.请使用Profiler和Heap dump分析工具来查看Java堆空间，可以查看给每个对象分配了多少内存。
结束语
未完待续
