JVM基本结构及内存模型及优化

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。作为一个Java开发者，这是必须要掌握的知识点。

一，JVM的基本结构

JVM启动后，对操作系统来说，JVM是一个的进程，这个进程的基本结构如上图所示。它包括：

• 类加载器子系统
• 运行时数据区
• 执行引擎

运行时数据区是JVM从操作系统申请来的堆空间和操作系统给JVM分配的栈空间的总称。也是JVM内存结构所在位置。

二，JVM的内存模型

根据java虚拟机规范，java虚拟机管理的内存将分为下面五大区域。分为：虚拟机栈，堆，方法区，程序计数器，本地方法栈。

1，程序计数器

是当前线程锁执行字节码的行号治时期，每条线程都有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。正在执行java方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如果是Natice方法，则为空。

2，Java 虚拟机栈

它是线程私有的。每个方法在执行的时候也会创建一个栈帧，存储了局部变量，操作数，动态链接，方法返回地址。每个方法从调用到执行完毕，对应一个栈帧在虚拟机栈中的入栈和出栈。通常所说的栈，一般是指在虚拟机栈中的局部变量部分。局部变量所需内存在编译期间完成分配，如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，则StackOverflowError。如果虚拟机栈可以动态扩展，扩展到无法申请足够的内存，则OutOfMemoryError。

3，本地方法栈

线程私有，和虚拟机栈类似，主要为虚拟机使用到的Native方法服务。也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError。

4，方法区

被所有方法线程共享的一块内存区域。用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和堆类型的卸载。

5，堆内存

堆是JVM内存占用最大，管理最复杂的一个区域。唯一的途径就是存放对象实例：所有的对象实例以及数组都在堆上进行分配。jdk1.7以后，字符串常量从永久代中剥离出来，存放在堆中。堆具有进一步的内存划分。即新生代和老年代，划分如下图所示：

按照GC分代收集的角度堆内存划分：

• 老年代：2/3的堆空间
• 年轻代：1/3的堆空间
• eden区：8/10 的年轻代
• survivor0: 1/10 的年轻代
• survivor1: 1/10的年轻代

堆内存中的内存分配：

• 清理年轻代：minor GC;
• 清理老年代：major GC;
• 清理整个堆空间：full GC;

堆内存中年轻代和老年代的内存分配及使用规则：

1，新创建的对象主要分配在年轻代的Eden区；

被new的对象优先分配到年轻代的Eden区，如果Eden区没有足够大小的连续内存空间分配时，Jvm就会触发一次minor GC，经过minor GC回收存活下来的对象被分配到Survivor区，如果Survivor区不够安置，Jvm会通过“空间分配担保机制”提前转移对象到老年代。

2，大对象直接进入老年代

那些需要大量连续内存空间的对象，如数组或很长的字符串，大小超过虚拟机提供的阙值-XX:PretenureSizeThreshold（默认值为0）时，对象直接分配到老年代，避免在新生代Eden和两个Survivor区之间发生大量的内存复制（新生代采用复制算法进行垃圾回收）。

3，年轻代长期存活的对象会被晋升到老年代

虚拟机内存回收时，为了能够识别哪些对象该继续留在新生代（Survivor区），那些对象应该转移到老年代，它给每个对象定义了一个年龄计数器。每当对象在Survivor区的From<--->To区复制一次，年龄计数器就+1，对年龄超过 -XX:MaxTenurigThreshold设置的值时，对象被转移到老年代。对象年龄最大值为15。注意，这里不是所有对象的年龄都到设置的阙值才转移，当Survivor区空间内存不足时，对象也会提前进去老年区。

4，动态对象年龄判断

虚拟机不是永远等到对象年龄达到阙值后才转移到老年代。当Survivor中相同年龄的所有对象的大小总和大于Survivor的一半时，那些年龄大于等于此相同年龄的所有对象将会直接提前进入老年区。

注：-XX:MaxTenurigThreshold未设置时，默认为15。