003-Java虚拟机JVM之内存模型

Java知识点总结系列目录

类加载器将Class文件读取后，放到运行时数据区，然后执行引擎执行或调用本地接口、本地库。

1、方法区(元空间)

• 线程共享

• JDK1.8后叫元空间Metaspace,存储在本地内存中
  JDK1.8前叫永久代PermGen,存储在堆上

• 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。由JVM自己使用

• 运行时常量池：运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种 字面量 和 符号引用

• 相关JVM参数设置

  -XX:PermSize 永久代初始大小(JDK1.7及以前)
  -XX:MaxPermSize 永久代最大大小(JDK1.7及以前)
  -XX:MetaspaceSize 元数据区初始值(JDK1.8)
  -XX:MaxMetaspaceSize 元数据区最大值(JDK1.8)

2、堆

• 线程共享

  堆的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例（和数组）都在这里分配内存。由开发人员使用

  -Xms堆的最小值
  -Xmx堆空间的最大值

• 新生代

  新生代分为Eden(伊甸园区), S0(Survivor From), S1(Survivor To)三个区域。三个区域的默认大小比例为8:1:1。S0和S1大小一致，在GC复制算法中，采用的回收算法是复制交换算法。From和To的角色将会放生交换，哪个区域为空就表示该区域为To区域

  该区域发生的GC叫MinorGC,也是最频繁的垃圾回收区域。刚创建的对象都放入 eden，s0 和 s1 都至少经过一次GC并幸存。如果幸存对象经过一定时间仍存在，则进入老年代

  -XX:NewSize新生代的最小值
  -XX:MaxNewSize新生代的最大值
  -XX:NewRatio设置新生代与老年代在堆空间的大小
  -XX:SurvivorRatio新生代中Eden所占区域的大小

• 老年代

  老年代的空间默认是新生代的两倍大小，也就是新生代：老年代=1:2。发生在该区域的GC叫FullGC或者MajorGC。采用的算法是标记-清除算法

3、线程栈(虚拟机栈)

• 线程私有

  每个线程拥有一个自己的栈，这个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），若线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度，则抛出 StackOverFlowError 。此外，栈的大小可以是固定的，也可以是动态扩展的，若虚拟机栈可以动态扩展（大多数虚拟机都可以），但扩展时无法申请到足够的内存(比如没有足够的内存为一个新创建的线程分配栈空间时)，则抛出 OutofMemoryError

• 栈帧

  每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，而且 每个方法从调用直至完成的过程，对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

  1、 局部变量表

  主要存放一些基本类型的变量（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和 对象句柄(reference引用)，它们可以是方法参数，也可以是方法的局部变量

  reference引用方位对象实例有两种方式

  句柄访问：Java堆中会划分出一块内存作为句柄池，栈中的reference指向对象的句柄地址，句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息
  
  直接访问：reference中存储的就是对象地址

  

  这两种对象访问方式各有优缺点。使用句柄访问的最大好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，reference本身不需要修改；而使用直接指针访问的最大好处就是速度快，节省了一次指针定位的时间开销

  2、操作数栈

  一块存放临时操作数的内存区域，局部变量的赋值，运算等
  
  JVM指令中每个指令前面的序号可以看做是程序计数器，下面详细描述一下过程（局部变量的index是从0开始的，如果方法声明中有参数，则序号从第一个参数开始0开始递增，如果方法声明中没有参数，则方法内变量从序号1开始递增）

    0: iconst_3 	//常量3压入操作数栈
   1: istore_1	//弹出栈顶元素3赋值给方法中第一个局部变量a（出栈）
   2: iconst_4	//常量4压入操作数栈
   3: istore_2	//弹出栈顶元素4赋值给方法中第二个局部变量b（出栈）
   4: iload_1		//将第一个局部变量a的值3压入操作数栈
   5: iload_2		//将第二个局部变量b的值4压入操作数栈
   6: iadd		//弹出栈顶两个数据做加法然后压栈
   7: iconst_5	//常量5压入操作数栈
   8: imul		//弹出栈顶两个元素做乘法后压栈
   9: istore_3	//弹出栈顶元素35赋值给方法中第三个局部变量c（出栈）
  10: iload_3		//将第三个局部变量c的值入栈
  11: ireturn		//返回
  

  3、动态链接

  虚拟机运行的时候,运行时常量池会保存大量的符号引用，这些符号引用可以看成是每个方法的间接引用

  静态解析：如果符号引用是在类加载阶段或者第一次使用的时候转化为直接应用，那么这种转换成为静态解析。

  动态连接：如果是在运行期间转换为直接引用，那么这种转换就成为动态连接。

  4、方法返回地址

  方法是正常退出的，则调用者的PC计数器的值就可以作为返回地址；

  方法异常退出的，则是需要通过异常处理表来确定。

4、本地方法栈

• 线程私有

本地方法栈（Native MethodStacks）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（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。

5、程序计数器

• 线程私有

• 概念： 线程私有的一块较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器

• 作用： 为了线程切换后能够恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器去记录其正在执行的字节码指令地址