Jvm(一)-Java虚拟机的内存管理

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JVM

JVM回顾

1. 什么是 JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

主流虚拟机

虚拟机名称	介绍
HotSpot	Oracle/Sun JDK和OpenJDK都使用HotSPot VM的相同核心
J9	J9是IBM开发的高度模块化的JVM
JRockit	JRockit 与 HotSpot 同属于 Oracle，目前为止 Oracle 一直在推进 HotSpot 与 JRockit 两款各有优势的虚拟机进行融合互补
Zing	由Azul Systems根据HostPot为基础改进的高性能低延迟的JVM
Dalvik	Android上的Dalvik 虽然名字不叫JVM，但骨子里就是不折不扣的JVM

2. JVM与操作系统

为什么要在程序和操作系统中间添加一个JVM

Java 是一门抽象程度特别高的语言，提供了自动内存管理等一系列的特性。这些特性直接在操作系统上实现是不太可能的，所以就需要 JVM 进行一番转换。

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从图中可以看到，有了 JVM 这个抽象层之后，Java 就可以实现跨平台了。JVM 只需要保证能够正确执行 .class 文件，就可以运行在诸如 Linux、Windows、MacOS 等平台上了。
而 Java 跨平台的意义在于一次编译，处处运行，能够做到这一点 JVM 功不可没。比如我们在 Maven 仓库下载同一版本的 jar 包就可以到处运行，不需要在每个平台上再编译一次。
现在的一些 JVM 的扩展语言，比如 Clojure、JRuby、Groovy 等，编译到最后都是 .class 文件，Java 语言的维护者，只需要控制好 JVM 这个解析器，就可以将这些扩展语言无缝的运行在 JVM 之上了。

应用程序、JVM、操作系统之间的关系

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JVM 与操作系统之间的关系：JVM 上承开发语言，下接操作系统，它的中间接口就是字节码。

3. JVM、JRE、JDK 的关系

JVM 是 Java 程序能够运行的核心。但是需要注意，JVM 自己什么也干不了，你需要给它提供生产原料（.class 文件） 。
仅仅是 JVM，是无法完成一次编译，处处运行的。它需要一个基本的类库，比如怎么操作文件、怎么连接网络等。
而 Java 体系很慷慨，会一次性将 JVM 运行所需的类库都传递给它。JVM 标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了 Java 的运行时环境，也就是我们常说的 JRE（Java Runtime Environment）
对于 JDK 来说，就更庞大了一些。除了 JRE，JDK 还提供了一些非常好用的小工具，比如 javac、java、jar 等。它是 Java 开发的核心，让外行也可以炼剑！
我们也可以看下 JDK 的全拼，Java Development Kit。我非常怕 kit（装备）这个单词，它就像一个无底洞，预示着你永无休止的对它进行研究。JVM、JRE、JDK 它们三者之间的关系，可以用一个包含关系表示。

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4. Java虚拟机规范和 Java 语言规范的关系

左半部分是 Java 虚拟机规范，其实就是为输入和执行字节码提供一个运行环境。右半部分是我们常说的 Java 语法规范，比如 switch、for、泛型、lambda 等相关的程序，最终都会编译成字节码。而连接左右两部分的桥梁依然是Java 的字节码。
如果 .class 文件的规格是不变的，这两部分是可以独立进行优化的。但 Java 也会偶尔扩充一下 .class 文件的格式，增加一些字节码指令，以便支持更多的特性。

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java虚拟机的内存管理

1. JVM整体架构

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名称	特征	作用	配置参数	异常
程序计数器	占用内存小，线程私有，生命周期与线程相同	大致为字节码行号指示器	无	无
虚拟机栈	线程私有，生命周期与线程相同，使用连续的内存空间	Java方法执行的内存模型，存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息	-Xss	StackOverflowError/ OutOfMemoryError
堆	线程共享，生命周期与虚拟机相同，可以不使用连续的内存地址	保存对象实例，所有对象实例（包括数组）都要在堆上分配	-Xms -Xsx -Xmn	OutOfMemoryError
方法区	线程共享，生命周期与虚拟机相同，可以不使用连续的内存地址	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	-XX:PermSize:16M- XX:MaxPermSize64M/-XX:MetaspaceSize=16M- XX:MaxMetaspaceSize=64M	OutOfMemoryError
本地方法栈	线程私有	为虚拟机使用到的Native 方法服务	无	StackOverflowError/ OutOfMemoryError

JVM分为五大模块：

• 类装载器子系统
• 运行时数据区
• 执行引擎
• 本地方法接口
• 垃圾收集模块

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2.JVM运行时内存

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Java7和Java8内存结构的不同主要体现在方法区的实现
方法区是java虚拟机规范中定义的一种概念上的区域，不同的厂商可以对虚拟机进行不同的实现。
我们通常使用的Java SE都是由Sun JDK和OpenJDK所提供，这也是应用最广泛的版本。而该版本使用的VM就是HotSpot VM。通常情况下，我们所讲的java虚拟机指的就是HotSpot的版本。

JDK7 内存结构

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JDK8 的内存结构

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针对JDK8虚拟机内存详解

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JDK7和JDK8变化小结

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线程私有的：

• ①程序计数器
• ②虚拟机栈
• ③本地方法栈

线程共享的：

• ①堆
• ②方法区 直接内存(非运行时数据区的一部分)

对于Java8，HotSpots取消了永久代，那么是不是就没有方法区了呢？
当然不是，方法区只是一个规范，只不过它的实现变了。
在Java8中，元空间(Metaspace)登上舞台，方法区存在于元空间(Metaspace)。同时，元空间不再与堆连续，而且是存在于本地内存（Native memory）。

方法区Java8之后的变化
移除了永久代（PermGen），替换为元空间（Metaspace）
永久代中的class metadata（类元信息）转移到了native memory（本地内存，而不是虚拟机）
永久代中的interned Strings（字符串常量池） 和 class static variables（类静态变量）转移到了Java heap
永久代参数（PermSize MaxPermSize）-> 元空间参数（MetaspaceSize MaxMetaspaceSize）
Java8为什么要将永久代替换成Metaspace？
字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一，JRockit没有所谓的永久代。