JVM总结之JVM内存结构

java虚拟机是是每个java程序员学习的重点。

JVM内存结构

JVM的内存结构主要由两大部分组成：
1、线程私有部分：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。
2、线程共享部分：方法区和堆。

另外直接内存：不是虚拟机运行
时数据区的一部分，也不是
java虚拟机规范中定义的内
存区域；

1、线程私有部分

① 程序计数器

较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器；每条线程都要有一个独立的程序计数器，各线程互不影响；

正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是 Native 方法，则为空。

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

② 虚拟机栈

线程私有，生命周期和线程，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧 用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息 。方法的执行就对应着栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程； 栈里面存放着各种基本数据类型和对象的引用 ；

栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

功能：
以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及对象的引用变量，其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放；

③ 本地方法区

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务,当一个JVM创建的线程调用native方法后，JVM不再为其在虚拟机栈中创建栈帧，JVM只是简单地动态链接并直接调用native方法。

2、线程共享部分

① 堆

Java堆是Javaer需要重点关注的一块区域， 创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域 。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代(Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年代 ，在下文垃圾回收的内容会详细介绍。
功能：
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 方法区（永久代）

方法区也叫永久区，在jdk1.6之前主要存放 被虚拟机加载的类信息Class 和 Meta（元数据）的信息、常量(“zdy”,"123"等)、静态变量(static变量)、即时编译器编译后的代码等数据,Class 在被加载的时候被放入永久区域，它和和存放实例的区域不同,GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的 Class 的增多而胀满，最终抛出 OOM 异常。从jdk1.7开始方法区开始有些改变，详情在下文会介绍。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）

运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会
被虚拟机认可、装载和执行。

堆和栈的区别

1. 栈的内存要远远小于堆内存，栈的深度是有限制的，如果递归没有及时跳出，很可能发生StackOverFlowError问题。
2. 你可以通过-Xss选项设置栈内存的大小。-Xms选项可以设置堆的开始时的大小，-Xmx选项可以设置堆的最大值。

3、直接内存

直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域；

如果使用了NIO,这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作；

这块内存不受java堆大小限制，但受本机总内存的限制，可以通过MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常；

在jdk1.8以后还把元空间放到直接内存汇总了，详情看下文各jdk版本的区别

4、jdk1.6、jdk1.7和jdk1.8内存结构区别

jdk1.6、jdk1.7和jdk1.8内存结构区别主要体现在运行时常量池和方法去上，如下：

在jdk1.6和jdk1.6之前的版本，运行时常量池是在方法区中的：

到了jdk1.7就把运行时常量池放到堆内存中了:

到了jdk1.8以后就把方法区去掉了，方法区的内容都放到元空间里，并且元空间是存在于本地直接内存的，所以类的数据不再受方法区空间的大小限制，只收本地内存大小的限制。

为什么去除方法区

1. 永久代来存储类信息、常量、静态变量等数据不是个好主意, 很容易遇到内存溢出的问题.JDK8的实现中将类的元数据放入 native memory, 将字符串池和类的静态变量放入java堆中. 可以使用MaxMetaspaceSize对元数据区大小进行调整；
2. 对永久代进行调优是很困难的,同时将元空间与堆的垃圾回收进行了隔离，避免永久代引发的Full GC和OOM等问题；

注意： java8去掉了-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize，新增了-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize