JVM内存模型

一、JVM模型图

        JVM内存模型包括：程序计数器、本地方法栈、虚拟机堆(线程)、线程栈、方法区(元空间)，程序计数器、线程栈、本地方法栈是每个线程所独有的。

 1. 线程栈

        JVM的每一个线程对应一个线程栈，一个线程的每个方法会分配一块栈帧内存空间。栈帧中包含：局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口。

• 局部变量表：存储基本数据类型(int、float、byte等)，如果是引用数据类型，则存储的是其在堆中的内存地址，也就是指向对象的一个指针。
• 操作数栈：操作数运算时一块临时的空间来存放操作数。
• 动态链接：将代码的符号引用转换为在方法区（运行时常量池）中的直接引用。
• 方法出口：存储了栈帧中的方法执完之后回到上一层方法的位置。

 2. 本地方法栈

        运行本地方法的空间，也就是native本地方法运行时的一块空间。

3. 程序计数器

        程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。当执行一条指令时，首先需要根据PC中存放的指令地址，将指令由内存取到指令寄存器中，此过程称为“取指令”。与此同时，PC中的地址或自动加1或由转移指针给出下一条指令的地址。此后经过分析指令，执行指令。完成第一条指令的执行，而后根据PC取出第二条指令的地址，如此循环，执行每一条指令。

4.  方法区（元空间）

        主要包括：常量、静态变量、类信息、运行时常量池，操作的是直接内存。

5. 堆

        堆是运行时数据区，所有类的实例和数组都是在堆上分配内存。它在 JVM 启动的时候被创建。对象所占的堆内存是由自动内存管理系统也就是垃圾收集器回收。

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二、JVM中对象及常量、局部变量、全局变量的存储位置

1. 局部变量

• 基本数据类型：变量名和变量值存储在方法栈中。
• 引用数据类型：变量值存储在方法栈中（存储的是堆中对象的内存地址），所指向的对象是存储在堆内存中（如new出来的对象）。

2. 全局变量

• 基本数据类型：变量名和变量值存储在堆内存中。
• 引用数据类型：变量名存储的是所引用对象的内存地址，变量名和变量值存储在堆内存中。

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三、JVM内存参数

        默认堆中年轻代(Young)占1/3，老年代(Old)占2/3，年轻代中包含Eden区和Survivor区，Survivor区包含From(S0)区和To(区)，默认新生代中Eden区、From区、To区的比例为8:1:1，当Eden区内存不足时会触发Minor gc，没有被回收的对象进入到Survivor区，同时分代年龄+1，当再次触发Minor gc时，From区中的对象会移动到To区，Minor gc会回收Eden区和From区中的垃圾对象，对象的分代年龄会一次次的增加，当分代年龄增加到15以后，对象会进入到老年代。

        当老年代内存不足时，会触发Full gc，如果Full gc无法释放足够的空间，会触发OOM内存溢出，在进行Minor gc或Full gc时，会触发STW（Stop The World），即停止用户线程。

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 microservice-eureka-server.jar

-Xss：每个线程的栈大小

-Xms：设置堆的初始可用大小，默认物理内存的1/64

-Xmx：设置堆的最大可用大小，默认物理内存的1/4

-Xmn：新生代大小

-XX:NewRatio：默认2表示新生代占年老代的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： 元空间最大值， 默认-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左右，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，会适当提高该值（ 如果设置了-XX：MaxMetaspaceSize，不会超过其最大值 ）。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。

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，对于8G物理内存的机器来说，这两个值可以都设置为256M。

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四、JVM对象的内存分配

1. 划分内存的方法：

• “指针碰撞”（Bump the Pointer）(默认用指针碰撞)

        如果Java堆中内存是绝对规整的，所有用过的内存都放在一边，空闲的内存放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那个指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。

• “空闲列表”（Free List）

        如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空 闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例， 并更新列表上的记录。

2. 解决并发问题的方法：

• CAS（compare and swap）

         如果Java堆中的内存并不是规整的，已使用的内存和空闲的内存相互交错，那就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例， 并更新列表上的记录

• 本地线程分配缓冲（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）

        把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存。通过-XX：+/-UseTLAB参数来设定虚拟机是否使用TLAB

        JVM会默认开启-XX:+UseTLAB，-XX:TLABSize 指定TLAB大小。