java内存管理(1)

一、java运行时数据区域

①程序计数器线程独有，记录线程运行到的字节码位置；②java虚拟机栈和本地方法栈线程独有，用来记录方法被执行时存储的局部变量、对象引用等；③Java堆线程共享，用来存储实例对象；④方法区线程共享，用来存储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；⑤直接内存，不占用Java虚拟机内存，但是Java虚拟机可以使用的内存。

•  程序计数器：是一块较小的内存空间，他的作用是当前线程执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都依赖这个计数器来完成。由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，这类存储区称为线程私有的内存。如果线程正在执行的是一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码的地址；如果正在执行的是native方法，这个计数器值则为空。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何outofmemoryerror情况的区域。
• Java虚拟机栈：和计数器一样都是线程私有的，他的生命周期与线程相同。他的作用是：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量（boolean、byte、char、short、int、float、long、double，对象的引用和returnAddress类型）表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。通常更关注局部变量表部分，局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的（long和double类型会占用2个局部变量空间slot，其余的数据类型占用1个），在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状态：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
• 本地方法栈（Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式和数据结构没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法区域也会抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError。
• java堆：它是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾管理器管理的主要区域，如果从内存回收的角度看，现在的收集器基本都是采用分代收集算法，所以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；在细致一些分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java堆可能划分出多个线程私有的分配缓冲区，不过无论如何划分，存储的都是对象实例，进一步划分的目的是为了更好的回收内存。根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。当前虚拟机都是按照可扩展实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
• 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。习惯于在HotSpot虚拟机上开发和部署的开发者来说，愿意把方法区称为永久代，这是因为HotSpot虚拟机选择把GC分代收集扩展到方法区，并使用永久代来实现方法区。Java虚拟机对这个区域限制非常宽松，也可以不需要连续的内存和可以固定大小或者可扩展，还可以选择不实现垃圾回收。当方法区无法满足内存分配需求时，会抛出OutOfMemoryError异常。
• 运行时常量池：是方法区的一部分。class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息，还有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分这部分内容在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存限制，当常量池无法申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
• 直接内存（Direct Memory）：它既不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁的使用，而且还可能导致OutOfMemoryError异常出现。在JDK1.4中加入了NIO类，引入了一种基于通道与缓冲区的I/O方式，他可以使用Native函数直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样可以显著提高性能。显然，本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是既然是内存，则肯定会受到本机总内存大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但是经常忽略直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制，导致OutofMemoryError一场。

二、对象访问

     Java中最普通的程序行为也会涉及到：Java栈、Java堆、方法区这三个重要内存区域，它们三个之间的关系如下面一段代码：Object  obj = new Object();

      建设这段代码出现在方法体中，那么”Object obj“这部分将会反映到java栈的本地变量表中，作为一个reference类型数据出现；而”new Object()"这部分的语义将会反映到Java堆中，形成一块存储了Object类型所有实例数据值的结构化内存；另外，在Java堆中还必须包含能查询到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。

    由于reference类型在Java虚拟机规范里只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用该通过哪种方式定位，因此不同的虚拟机实现对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。

• 如果使用句柄访问，Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包括了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息。
  
• 如果使用指针访问方式，Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference中直接存储的就是对象地址。
   

    这两种对象访问方式各有优势，使用句柄访问方式最大的好处就是reference中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时只会改变句柄中的数据指针，而reference本身不需要被修改； 使用直接指针访问方式的最大好处就是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java中非常频繁，因此这类开销积少成多也是一项非常可观的执行成本。

三、JVM参数设置

• -Xmx：设置Java堆的最大大小；
• -Xms：设置Java堆初始化大小。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存；
• -Xmn：设置Java堆中新生代的大小。老年代的大小就是-Xmx 减 -Xmn 剩余大小；
• -XX:SurvivorRatio：设置新生代中Eden区与一个Survivor区的空间比例；
• -Xoss：设置每个线程本地方法栈大小（在HotSpot虚拟机中并不区分虚拟机栈和本地方法栈，因此对于HotSpot来说，参数-Xoss虽然存在，但实际上是无效的）；
• -Xss：设置每个线程的栈大小 。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。根据应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。
• -XX:PermSize：设置持久代初始大小，即设置方法区初始大小(在HotSpot虚拟机中，方法区是在持久代中实现的)。
• -XX:MaxPermSize：设置持久代最大大小，即设置方法区最大大小（在HotSpot虚拟机中，方法区是在持久代中实现的）。MaxPermSize缺省值和-server -client选项相干。-server选项下默认MaxPermSize为64m；-client选项下默认MaxPermSize为32m。
• -XX:MaxDirectMemorySize：设置本机直接内存大小。如果不指定，则默认与Java堆的最大值（-Xmx设置）一样。