JVM内存模型--JVM系列(2)

前言：我们都知道Java语言具有跨平台特性，正是由于JVM的存在，JVM相当于软件与硬件之间的中介，屏蔽了不同操作系统(Windows或Linux等等)底层指令集的区别，所以所深入了解JVM内存模型就显得很重要啦( 本文只针对JDK8进行探讨 )

那我就用下面这段代码作为抛砖引玉吧

public class Demo {

     public Car car= new Car();

    // 上一篇文章提到过，一个方法对应一块栈帧内存
    public int compute(){  
        int x = 1;
        int y = 2;
        int z = (x + y) * 3;
        return z;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        demo.compute();
    }
}

1.大画JVM内存模型

 

2.细画JVM各个模块

元空间(方法区的实现)：这个概念在JDK8的时候被提出，在JDK8之前只有Perm区(永久代)，在JDK7及之前版本由于永久代在JVM启动时大小被固定，难以对其进行调优，一旦发生Full GC就会移动类元信息，这个就会导致在某些极端场景中动态加载类过多，那么老年代会出现OOM。因此JDK8对这个问题进行了优化，JDK8的元空间在本地内存中分配，只要本地内存足够，那么就不容易让元空间出现OOM。在默认不指定元空间大小的情况下，其大小根据使用情况动态调整，当然也可以使用MaxMetaspaceSize来限制本地内存分配给类元数据的大小。元空间存放了常量、静态变量、类元信息、方法元信息。

注意点这里有个混淆点：方法区是JVM规范的一个概念定义，并不是一个具体的实现，每一个JVM的实现都可以有各自的实现；然后，在Java官方的HotSpot 虚拟机中，Java8版本以后，是用元空间来实现的方法区；在Java8之前的版本，则是用永久代实现的方法区；也就是说，“元空间” 和 “方法区”，前者是HotSpot 的具体实现技术，后者是JVM规范的抽象定义。

虚拟机栈： 描述Java方法执行的内存区域，线程私有，虚拟机栈由许多栈帧组成，栈帧是方法运行的基本结构，每个方法从开始调用到执行完成的过程，就是栈帧从入栈到出栈的过程，在这个过程中位于栈顶的栈帧被称为当前栈帧，正在执行的方法被称为当前方法，在字节码执行引擎运行时，所有指令都只能针对当前栈帧进行操作。虚拟机栈主要由局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口组成。

(1)局部变量表：存放方法参数和局部变量，相对于类属性变量的准备阶段和初始化阶段来说，局部变量没有准备阶段，必须显式初始化。如果是非静态方法，则在index[0]位置上存储的是方法所属对象的实例引用(下图中的 this)，随后存储的是参数和局部变量。

(2)操作数栈： Java虚拟机的解释执行引擎被称为"基于栈的执行引擎"，其中所指的栈就是指－操作数栈。和局部变量区一样，操作数栈也是被组织成一个以字长为单位的数组。但是和前者不同的是，它不是通过索引来访问，而是通过标准的栈操作—压栈和出栈—来访问的。比如，如果某个指令把一个值压入到操作数栈中，稍后另一个指令就可以弹出这个值来使用。

(3)动态链接：每个栈帧中包含一个在常量池中对当前方法的引用，目的是支持方法调用过程的动态连接。

(4)方法出口(方法返回地址)：执行时有两种结果，正常退出（正常执行到任何方法的返回字节码指令，如RETURN、IRETURN、ARETURN等）和异常退出，这两种退出情况，都将返回至方法当前被调用的位置，方法退出的过程相当于弹出当前栈帧。

注意点：StackOverflowError(栈内存溢出)，通常出现在递归方法中。例如我在文末展示的代码就会出现："java.lang.StackOverflowError"。

堆(Heap): 堆是一个共享区域，堆用于存放实例对象，存放几乎所有的实例对象，例如存放最开始代码中的Car对象，堆中的“垃圾”有垃圾收集器自动回收，堆区域主要分为两个区域：新生代和老年代，大小比例为1 ： 2；而新生代中又被细分为1个Eden区(伊甸园，亚当夏娃出身的地方) + 2个Survivor区，Eden区：Survivor区 = 8 ： 1；minor GC发生在新生代，full GC通常发生在老年代。

注意点：在通常情况下，服务器在运行过程中，堆空间不断地扩容与回缩，势必形成不必要的系统压力，所以在线上生产环境中，JVM的Xms和Xmx设置成一样大小，避免在GC后调整堆大小时带来的额外压力。

程序计数器：每个线程私有区域，由于多线程并发执行可能导致CPU给每个线程分配固定的时间片去执行指令，所以当每次时间片轮换时(中断)就需要记录当前线程执行到哪一步指令(保存现场)，以便下一次恢复现场继续执行还未执行的指令，程序计数器用于存放执行指令的偏移量和行号指示器，故为保存现场和恢复现场提供保障，程序计数器是每个线程的私有的，多个线程之间不受影响。特点 -- (1)是一块较小的内存空间。(2)线程私有。(3)不会出现OOM的内存区域。

本地方法栈：本地方法栈和虚拟机栈的功能差不多，只不过虚拟机栈是为了执行Java方法服务，而本地方法栈是为了虚拟机使用Native方法(基本上都是C或者C++代码方法)服务。

3.JVM内存参数

Spring Boot程序的JVM参数设置格式(Tomcat启动直接加在bin目录下catalina.sh文件里)：

java -Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -Xss512K -XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -jar mywebproject.jar

-Xss：每个线程的栈大小

-Xms：初始堆大小，默认物理内存的1/64

-Xmx：最大堆大小，默认物理内存的1/4

-Xmn：新生代大小

-XX:NewSize：设置新生代初始大小

-XX:NewRatio：默认2表示新生代占老年代的1/2，占整个堆内存的1/3。

-XX:SurvivorRatio：默认8表示一个survivor区占用1/8的Eden内存，即1/10的新生代内存。

关于元空间的JVM参数有两个：-XX:MetaspaceSize=N和 -XX:MaxMetaspaceSize=N

-XX：MaxMetaspaceSize： 设置元空间最大值， 默认是-1， 即不限制， 或者说只受限于本地内存大小。

-XX：MetaspaceSize： 指定元空间触发Fullgc的初始阈值(元空间无固定初始大小)， 以字节为单位，默认是21M，达到该值就会触发full gc进行类型卸载， 同时收集器会对该值进行调整： 如果释放了大量的空间， 就适当降低该值； 如果释放了很少的空间， 那么在不超过-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话） 的情况下， 适当提高该值。这个跟早期jdk版本的-XX:PermSize参数意思不一样，-XX:PermSize代表永久代的初始容量。

注意点：由于调整元空间的大小需要Full GC，这是非常昂贵的操作，如果应用在启动的时候发生大量Full GC，通常都是由于永久代或元空间发生了大小调整，基于这种情况，一般建议在JVM参数中将MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize设置成一样的值，并设置得比初始值要大。

4.最后演示StackOverflowError错误

public class StackOverflowTest {

    static int a = 0;

    static void add() {
        a++;
        add();
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            add();
        } catch (Throwable t) {
            t.printStackTrace();
            System.out.println(a);
        }
    }
}

运行结果：

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JVM类加载机制深入浅出分析--JVM系列(1)

JVM中对象创建与内存分配机制--JVM系列(3)