JVM读书笔记之JVM内存管理

一. Java组件的内存使用

      Java启动后作为一个进程运行在操作系统中，其组件部分需要分配内存。

• Java堆

          Java堆是 用于存储java对象的内存区域，堆的大小在JVM启动时就一次性向操作系统申请完成，通过-Xmx（最大大小）与-Xms（初始大小）控制大小，一旦分配完成，堆的大小固定，不能在内存不够时向操作系统申请。JVM管理java堆的内存空间，对象创建由java程序创建，管理堆内存的垃圾收集器释放对象所占空间。

• 线程

           JVM运行实际程序的实体是线程。很多程序根据CPU的核数来分配创建的线程数。

•  类和类加载器

            Java类和加载类的类加载器也需要内存空间，Sun JDK被存储在永久代（注意：方法区是JVM规范的逻辑概念，不同的虚拟机有不同的实现方式，永久代是Hotspot特有的概念，是方法区的一种实现，java8中永久代被废除，取而代之的是一块与堆不相连的本地内存--元空间）。

          一个类被卸载需要满足三个条件：

1. Java堆中没有对表示该类加载器的java.lang.ClassLoader对象的引用；
2. Java堆没有对表示类加载器加载的类的任何java.lang.Class对象的引用；
3. Java堆该类加载器加载的任何类的所有对象都不再存活。

• NIO

          NIO是基于通道和缓冲区来执行I/O的新方式，NIO使用java.nio.ByteBuffer.allocateDirec()来分配内存（分配本机内存，而不是java堆内存，与I/O不同）。

• JNI

          JNI技术使得Java语言与其他语言代码进行交互。Java运行本身也依赖于JNI代码实现类库功能。

二. JVM内存结构（JVM中如何使用内存）

      JVM中按照运行时数据的存储结构来划分内存结构的，JVM在运行java程序时，将他们划分成几种不同格式的数据，分别存储在不同的区域，这些数据称为运行时数据。JVM规范将Java运行时数据划分为6种。

1. PC寄存器：用于保存当前正常执行程序的内存地址，同时Java是多线程执行的，PC寄存器会记录被中断线程的程序当前执行到的内存地址；
2. Java栈：每当创建一个线程，JVM就会为其创建一个对应的Java栈，Java栈中有很多栈帧，每个栈帧对应线程的一个方法，每个栈帧包含内部变量区，操作栈和方法返回值等信息。每当一个方法执行完毕时，该栈帧会弹出栈帧元素作为方法返回值，并清除这个栈帧。Java栈的栈顶是当前活动的栈帧（当前正在执行的方法），只有这个活动的栈帧的本地变量能被操作栈使用。Java栈是与线程对应起来的，这个数据不是线程共享的，所以不必关系数据一致性问题。
3. java堆：存储Java对象的地方，每一个存储在堆中的对象都是对应类的一个副本，它会复制包括父类在内的所有非静态属性。堆是被所有线程共享的，所以要注意同步问题。
4. 方法区：JVM方法区用于存储Java类结构信息的地方，.class被加载进入JVM后，不同部分会被存储在不同的数据结构（内存区）中，其中常量池，域，方法体，构造函数，实例初始化，接口初始化都存储在这个区域。方法区也属于Java堆的一部分，属于永久代。
5. 运行时常量池：代表运行时每个.class文件中的常量表，包括：编译期的数字常量，方法或者域的引用。每一个运行时常量池都是方法区中分配的，它是方法区的一部分。
6. 本地方法栈：本地方法栈是JVM运行Native方法的内存空间。除了代码中包含的常规Native方法会使用这个内存空间，通过JIT技术将一些Java方法重新编译成Native方法，也会用到这个栈。

三. JVM内存分配策略

      1.操作系统中将内存分配策略分为：

• 静态内存分配：程序编译时就知道每个数据在运行时的存储空间要求，编译时就可以分配固定存储空间；
• 栈内存分配：动态内存分配，只有在运行时才知道，规定在进入程序模块时，必须知道程序模块所需要的数据区大小；即为在程序入口时知道存储空间。虽然也在运行时分配，但是大小在编译时已经确定。
• 堆内存分配：当程序运行到相应的代码时才知道存储空间的大小。

       2.Java中内存分配

          根据JVM内存结构，JVM内存分配主要基于堆和栈两种。Java不会在编译时分配内存空间。

• Java栈的分配

           Java栈的分配与Java线程的创建相关，一个线程的方法调用与返回对应于其Java栈的入栈和出栈（栈帧的压栈与出栈）。栈主要存放一些基本数据类型和对象引用（reference，指向Java堆的句柄池地址），栈的数据可以共享（注意不是线程之间的共享，是栈中的数据可以共享！！！！！！！）。缺点是存在栈中的数据大小与生存期必须固定。

• Java堆的分配

           每一个Java应用对应一个JVM实例，一个JVM实例对应唯一的Java堆。应用程序在运行中创建的所有实例与数组都放在这个堆中，由应用程序的所有线程共享。Java堆是运行时数据区，对象通过new，newarray等指令建立，不需要显式的释放。优点：运行时动态分配内存的大小，GC进行垃圾回收，收回内存空间；缺点：存取速度比较慢。

四. JVM内存回收策略

      Java数据通常显式的内存申请有两种：1.静】】态内存分配（java栈上的分配）；2.动态内存分配（Java堆上的分配）。

      1.静态内存分配与回收

         在Java中静态内存分配是指，Java在编译时就已经确定需要的内存空间，当程序被加载时（进入程序入口）就把内存一次性分配。代码执行完毕后，内存才会被回收（方法执行完毕，栈帧被回收）。

      2.动态内存的分配与回收

         Java堆上对象内存的动态分配，GC算法和收集器判断堆内对象的存活，进行垃圾回收。