内存池与JVM内存模型
一、内存池概览
其实JVM中的内存池并不是真实存在的，它是OS堆中划分出来的一部分，会通过chunk来记录内存的使用。
JVM内存模型其实就是JVM在启动的时候从操作系统内存中要了一块大内存，然后将这个大内存分成五个区域：方法区、堆区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。
二、结合实例代码分析
public class Test {
public static Test test4 = new Test();
public static void main(String[] args) {
Test demo = new Test();
System.out.println(demo.add());
}
public int add() {
int a = 10;
int b = 20;
return a + b;
}
}
当我们执行这段代码的时候，在JVM中到底发生了什么呢？
- 调用javac命令，将.java文件编译成.class文件（字节码文件）；
- 调用java命令，运行.class文件
我们再来细分.class的加载：
2.1、类加载子系统
我们先来了解一下下面四个概念：
class文件：指的是硬盘上的.class文件
class content ：指的是类加载器将.class文件加载到内存，存储字节码文件数据的那块内存区域。 在源码中是使用stream字节流来读取的
ClassFilesStream* cfs = stream()；
然后会对读取到的文件进行解析，会解析成以下几部分：
- InstanceKlass：存放类的元信息，包括字面量（类名、属性名、属性签名、方法名…）. 因为我们自己写的测试类是AppClassLoader加载的，所以说会在元空间中划分出一块属于AppClassLoader的内存空间，然后将生成的instanceKlass文件存储到该AllClassLoader的内存中。
在方法区中，实际上会按照不同的类加载器分配出对应的内存空间，用来存储该类加载加载的类:
- InstanceMirrorKlass: 镜像类，镜像类存储在堆区，用于表示java.lang.Class，Java代码中获取到的Class对象。这里我们有必要明确一下，静态变量是存储在哪里的？其实，静态变量时存储在镜像类中的，那么就意味着，静态变量也是存储在堆区的。
static int i = 1; //the value 1 is stored in the PermGen sectionstatic
Object o = new SomeObject(); //the reference(pointer/memory address) is stored in the PermGen section, the object itself is not.
class对象 ：Class clazz = Test.class；clazz对象就是一个class 对象。在JVM中，真正获取到的是InstanceMirrorKlass实例
对象 ：Test obj = new Test() 或者通过反射实例化的对象；
然后我们再来理解一下方法区这个概念：
2.2、方法区
- 永久代：1.8之前方法区的实现，存储在堆区
- 元空间：1.8及之后方法区的实现，存储在直接内存上，即OS内存上
方法区是规范，永久代和元空间是具体的实现。
这里需要思考一下，为什么使用元空间取代了永久代？
1、GC算法，分开存储有利于GC算法的实现；
2、OOM
3、硬件的发展：之前的32bit中，内核层占了2G，应用层之占2G，所以为了限制JVM的占用内存就放到一起管理
4、字符串也会OOM
2.3、元空间
如果不做调优的话，元空间的大小是多少呢？
我们可以使用命令“java -XX:+PrintFlagsInitial”来查看：
uintx MetaspaceSize = 21810376 // 大约20.80 Mb
元空间的调优参数是：
-XX:MetaspaceSize
-XX:MaxMetaspaceSize
元空间如何调优：
1、其实和堆区的调优一样，最大和最小值要设置成一样，防止内存抖动；内存忽大忽小，或者需要提前判断是否需要扩容，这些都会带来性能开销；
2、调成多少：物理内存的1/32；
3、如何查看服务运行之后元空间的大小：visualVM（需要额外开端口）、arthas（阿里）
2.4、本地方法栈
Java调用C、C++的动态链接库、运行里面的函数需要的栈（JVM内存很多都是通过JNI实现的，但是现在随着socket的发展，JNI的使用越来越少）
2.5、虚拟机栈
虚拟机栈构成：
问题：JVM中有多少个虚拟机栈？一个线程一个！虚拟机栈是线程私有的。
问题：虚拟机栈中最小的是栈帧，那么虚拟机栈中有几个栈帧？方法调用次数个！
问题：为什么需要栈帧这个数据结构？为了处理方法的运行更清晰。
PS：方法是静态的，只有方法运行的时候才会产生栈帧！
栈帧组成：
- 局部变量表
- 操作数栈
- 动态链接 ：main方法对应的JVM对象在元空间中的内存地址
方法区中的klass对象会存储方法对象集合，包括了main方法
- 返回地址 ：准确的表达叫恢复现场
JVM内部执行main方法的过程：
1、创建运行main方法需要的栈帧
2、将main方法的操作数栈指针赋值给线程的属性：操作数栈
3、将main方法的局部变量表指针赋值给线程的属性：局部表指针
JVM内部执行add方法的过程：
public int add() {
int a = 10;
int b = 20;
return a + b;
}
1、首先创建add方法的栈帧；
2、在add方法的栈帧中保存main方法的字节码的下一行的程序计数器
我们可以看到，在main方法的程序计数器的第12行调用了add方法，那么调用完成之后应该紧接着调用下一行，也就是程序计数器的第15行。
3、线程的局部开始指针（main的）保存至add方法的栈帧
4、线程的操作数栈开始指针（main的）保存至add方法的栈帧
5、将add方法的局部表指针赋值给线程的局部表指针
6、将add方法的操作数栈指针赋值给线程的操作数栈指针
PS：每个线程都维护有两个指针：局部变量表和操作数栈当前指针。最开始的时候，有一个线程执行首先执行main方法，那么他所维护的这两个指针应当是和main方法相关的，即mian方法的局部变量表和main方法的操作数栈。但是当main方法中调用add方法的时候，这两个值会动态的执行add方法的局部变量表和add方法的操作数栈。而当add方法执行完成后，这两个指针应当又指向main方法的局部变量和操作数栈。所以，这里有恢复现场的说法。
2.6、程序计数器
因为当前的JVM是虚拟出来的，所以这里的程序计数器实际上是字节码的索引。即字节码执行的行号。
真正的程序计数器是EIP（32bit）、RIP（64bit），是OS级别的。
2.7、局部变量表
LocalVariableTable, 存放局部变量的表。每个方法都维护有一份自己的局部变量表。
2.8、操作数栈
push
pop
Test obj = new Test();
0 new #2 <com/jihu/test/jvm/Test> （第一步）
1、在堆区生成了一个对象（不完全对象，未执行构造方法）InstanceOopDesc
2、将不完全对象的指针压入操作数栈，此时这个不完全对象指向堆区
3 dup （dup:duplcate 第二步）
1、复制栈顶元素
2、压入栈
这里我们可能会有一个疑问，为什么要复制呢？
答：将对象指针作为this传参
这里有一个面试题，this指针是何时复制的？
答：非静态方法，第一个参数就是this指针
4 invokespecial #3 <com/jihu/test/jvm/Test.<init>> （第三步）
非静态方法，第一个参数就是this指针
1、执行invokespecial字节码指令，完成运行方法的环境构建
this指针赋值，此时方法的第一个变量就是this指针
2、有了this指针之后，就会执行默认的构造方法
这一段字节码执行完成后，这个对象就是一个完全对象了。
7 astore_1 （第四步）
1、将栈顶元素pop
2、将完全对象的地址复制给局部变量表index=1的位置，即复制给测试代码中的demo局部变量。（即完成对象的赋值）
第一步：将不完全对象的指针压入操作数栈，此时这个不完全对象指向堆区
第二步：复制栈顶元素并压入栈，此时只有一个不完全对象，会复制该对象
第三步：赋值this指针，执行默认构造，实行之后该对象便是一个完全对象
这里首先会将复制到栈顶的那个不完全对象出栈，然后在将index=0复制为this指针。
即，每个方法的局部变量表中，index=0都是this指针。
第四步：将完全对象的地址赋值给局部变量表index=1的位置，即赋值给测试代码中的demo局部变量。（即完成对象的赋值）
Test demo = new Test();
此时，我们是不是对这一个简单的new对象的一行代码有了更充分的认识呢？
三、堆
最小大小：默认为物理内存的1 / 64
最大大小：默认为物理内存的1 / 4
调优参数：
-Xms
-Xmx
需要调成一样大
参考这篇文章理解更详细的GC过程：https://blog.csdn.net/wy5612087/article/details/52369677
为什么对象会进入老年代：
1、15次gc后仍然存活的对象
（4bit，0000~11111）最大15次
2、大对象
何为大对象？大小超过Eden区的一半（源码中解释的）
大对象的计算标准不是固定的，Eden区的大小在GC之后是会发生变化的。
3、空间担保
- 在进行Minor GC之前，JVM首先会检查【老年代最大连续空闲空间】是否大于【当前新生代所有对象占用的总空间】
- 如果是，那么说明此次的Minor GC是安全的，可以放心的进行Minor GC
- 如果不是，则JVM会去查看HandlePromotionFailure参数的值是否为true（表示是否允许担保失败）
- 如果不允许担保失败，则此时就会进行一次Full GC 以腾出老年代更多的空间
- 如果允许担保失败，则此时JVM会去检查【老年代最大连续空闲空间】是否大于【历次晋升到老年代的对象的平均大小】
- 如果小于，则JVM此时会进行一次Full GC以便于腾出更多的老年代空间
- 如果大于，则JVM会冒险进行一次Minor GC（为什么说是冒险呢? 因为有可能Minor
GC后新生代所有的对象都还存活，并且survivor区无法容纳下这些对象，那么这些对象就会被晋升到老年代，导致老年代空间被填满）
空间担保是针对Eden区的
1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to），默认比例为8：1.
如果此时Eden总共是80M，第一次young GC之后还剩20M, 此时survivor区存不下20M，所以这部分对象会直接进入老年代
调优的目的是最好每一次youngGC之后，都能回收所有垃圾，竟可能的减少full GC
4、动态年龄判断
jvm动态对象年龄判定,是根据Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到-XX：MaxTenuringThreshold要求的年龄。
四、总结
1、虚拟机栈指向方法区：动态链接
2、虚拟机栈指向堆区：对象的引用（局部变量表）
3、方法区指向堆区：引用类型的静态属性
4、堆区指向方法区：Klass pointer 对象的内存布局
Klass pointer 指向该对象的instanceKlass实例
