【JVM】——内存结构

一、JVM启动流程：

JVM启动时，是由java命令/javaw命令来启动的。

 

二、Java的内存结构：

JVM基本结构图：

JVM内存结构主要有三大块：堆内存、方法区和栈。

1.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；

2.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)；

3.栈又分为java虚拟机栈和本地方法栈主要用于方法的执行。

 通过一张图来了解如何通过参数来控制各区域的内存大小

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

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。

三、详细介绍每个区域的作用 

1.Java堆（Heap）

---对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块

---应用系统对象都保存在Java堆中

---所有线程共享Java堆

---对分代GC来说，堆也是分代的

---GC管理的主要区域

注：如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

2.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

---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

---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，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。

---根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常

3.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。

---在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），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、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。 

---由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令.
因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。

---如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）。

---此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

(1)举例理解：如有如下图过程，当A 线程先向处理器发出指令，但当执行到中途一半时，B线程过来执行，且优先级高，此时处理器将A 挂起，B 执行，当B 执行结束需要唤醒A 同时得知道A 的执行位置，就可以查看线程A 中的计数器指令
(2)为什么执行的是native 方法时，为undefined
由上我们知道计数器记录的字节码指令地址，但是native 本地（如：System.currentTimeMillis()/ public static native long currentTimeMillis();）方法是大多是通过C实现并未编译成需要执行的字节码指令所以在计数器中当然是空（undefined）.

(3)那native 方法的多线程是如何实现的呢？
答： native 方法是通过调用系统指令来实现的，那系统是如何实现多线程的则 native 就是如何实现的

4.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。 

---局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、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）。

---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;当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

 5.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。

---虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。
甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

面试——谈谈JVM内存模型

Java程序在运行时，需要在内存中的分配空间。为了提高运算效率，就对数据进行了不同空间的划分，

具体划分为如下5个内存空间：（非常重要）

• jvm栈：用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息
• 堆：存放所有new出来的东西，垃圾收集器管理的主要区域，分为新生代和老年代
• 方法区：被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量等。
• 程序计数器：线程创建时创建，指向下一条指令的地址执行本地方法时，PC的值为undefined
• 本地方法栈：为虚拟机使用到的Native方法服务
• 方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序计数器是运行时线程私有的内存区域。