面试题-JVM-001.介绍Java内存区域

介绍Java内存区域

1. 程序计数器:

1. 记录下1条需要执行的字节码指令: 分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都需要依赖程序计数器;

2. 线程私有;
   主要有两个作用：

   1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序、选择、循环、异常处理。
   2. 在多线程下，记录当前线程执行位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪了。
   3. 唯一不会出现 OutOfMemoryError (内存泄漏) 的内存区域!

2. Java虚拟机栈:

1. 线程私有
2. 描述的是 Java 方法执行的内存模型，每次⽅法调用都通过栈传递数据
3. Java 内存可以粗糙的区分为堆内存（Heap）和栈内存 (Stack),其中栈就是现在说的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。 （实际上，Java 虚拟机栈是由一个个栈帧组成，而每个栈帧中都拥有：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。）

局部变量表主要存放了编译期可知的各种数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）。

Java 虚拟机栈会出现两种错误： StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 。

1. StackOverFlowError:
   若Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展，当线程请求栈的深度超过当前Java 虚拟机栈的最大深度，就抛出 StackOverFlowError。
2. OutOfMemoryError:
   若Java虚拟机堆中没有空闲内存，并且垃圾回收器也无法提供更多内存的话。就会抛出 OutOfMemoryError。
   Java 方法有两种返回方式,不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出:

• return 语句。
• 抛出异常。

3. 本地方法栈

虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 （也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一
本地方法被执行的时候，在本地方法栈也会创建一个栈帧，用于存放该本地方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、出口信息。

方法执行完毕后相应的栈帧也会出栈并释放内存空间，也会出现StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 两种错误

4. 堆

JVM管理的内存中最大的一块，Java堆是所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建.

1. 存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。
2. 从jdk1.7开始已经默认开启逃逸分析，如果某些方法中的对象引用没有被返回或者未被外面使用（也就是未逃逸出去），那么对象可以直接在栈上分配内存。
3. Java堆是GC管理的主要区域，因此也被称作GC 堆（Garbage Collected Heap）.从垃圾回收的角度，由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以 Java 堆还可以细分为：新生代和老年代：再细致一点有：Eden 空间、From Survivor、To Survivor 空间等。

新生代:

Eden 区、两个 Survivor 区都属于新生代->按照顺序被命名为 s1 和 s2

老年代:

大部分情况，对象都会首先在 Eden 区域分配，在一次新生代GC后，如果对象还存活，则会进入 s1 或者 s2，并且年龄加 1(Eden 区->Survivor 区后对象的初始年龄变为 1)，当它的年龄增加到一定程度（默认为15岁），就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

几个错误:
OutOfMemoryError: GC Overhead Limit Exceeded:

当JVM花太多时间执行GC且只能回收很少的堆空间，就会发生此错误!

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space:

在创建新对象时, 堆内存空间不足, 会引发java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 错误。(和本机物理内存无关，和你配置的内存大小有关！)

5. 方法区/元数据区

⽅法区与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它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。

虽然 Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有⼀个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。

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扩展1. 方法区和永久代的关系

1. 方法区是规范,永久区是HotSpot的实现
   《Java 虚拟机规范》规定了方法区的概念和它的作用，并没有规定如何去实现。
   方法区和永久代的关系很像 Java 中接口和类的关系，类实现了接口，而永久代就是 HotSpot 虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式。 也就是说，永久代是 HotSpot 的概念，方法区是Java虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现，其他的虚拟机实现并没有永久代这一说法。

2. Metaspace（元空间）和 PermGen（永久代）类似，都是对JVM规范中方法区的一种落地实现。

   不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

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   扩展2. 方法区/永久代/Metaspace

3. 方法区：（逻辑上）
   逻辑上的东西，是JVM 的规范，所有虚拟机必须遵守的。
   是JVM 所有线程共享的、用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。
4. 永久代：（方法区的实现、JDK7及之前、主要是和元空间对比）
   PermGen ， 就是 PermGen space ，全称是 Permanent Generation space ，是指内存的永久保存区域。PermGen space 则是 HotSpot 虚拟机基于JVM规范对方法区的一个落地实现，并且只有 HotSpot 才有 PermGen space。而如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 虚拟机有方法区 ，但是就没有 PermGen space。PermGen space 是JDK7及之前， HotSpot虚拟机对方法区的一个落地实现。在JDK8被移除。‘
5. Metaspace（元空间、JDK8及之后）：
   元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

使用本地内存有什么好处呢？最直接的表现就是OOM问题将不复存在，因为默认的类的元数据分配只受本地内存大小的限制，也就是说本地内存剩余多少，理论上Metaspace就可以有多大，这解决了空间不足的问题。不过，让Metaspace变得无限大显然是不现实的，因此我们也要限制Metaspace的大小：使用-XX:MaxMetaspaceSize参数来指定Metaspace区域的大小。JVM默认在运行时根据需要动态地设置MaxMetaspaceSize的大小。

如果Metaspace的空间占用达到了设定的最大值，那么就会触发GC来收集死亡对象和类的加载器。根据JDK 8的特性，G1和CMS都会很好地收集Metaspace区（一般都伴随着Full GC）

-XX:MetaspaceSize是分配给类元数据空间（以字节计）的初始大小(Oracle逻辑存储上的初始高水位，the initial high-water-mark )，此值为估计值。MetaspaceSize的值设置的过大会延长垃圾回收时间。垃圾回收过后，引起下一次垃圾回收的类元数据空间的大小可能会变大。
-XX:MaxMetaspaceSize是分配给类元数据空间的最大值，超过此值就会触发Full GC，此值默认没有限制，但应取决于系统内存的大小。JVM会动态地改变此值。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最小比例，不够就会导致垃圾回收。
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最大比例，不够就会导致垃圾回收。

移除PermGen（永久代）从从JDK7 就开始。例如，字符串内部池，已经在JDK7 中从永久代中移除。直到JDK8 的发布将宣告 PermGen（永久代）的终结。
其实，移除 PermGen 的工作从 JDK7 就开始，永久代的部分数据就已经转移到了 Java Heap 或者是 Native Heap。
但永久代仍存在于JDK7 中，并没完全移除，比如：
字面量 （interned strings）转移到 Java heap；
类的静态变量（class statics）转移到Java heap ；
符号引用（Symbols） 转移到 Native heap ；

JDK版本	方法区的实现	运行时常量池所在的位置
JDK6	PermGen space（永久代）	PermGen space（永久代）
JDK7	PermGen space（永久代）	Heap（堆）
JDK8	Metaspace（元空间）	Heap（堆）

字符串内部池，已经在JDK7 中从永久代中移除(在堆中)-jdk7中已经是了.
JDK6、JDK7 时，方法区 就是 PermGen（永久代）。
JDK8 时，方法区就是 Metaspace（元空间）。

扩展3. 字符串常量池在哪

1. jdk6->PermGen永久代
2. jdk7/jdk8->Heap堆内存