Java面试-JVM虚拟机内存布局
文章目录
- 内存布局
- 本地方法栈
- 程序计数器
- 虚拟机栈
- 堆
- 元空间（MetasSpace）
内存布局
JVM内存布局规定了Java在运行过程中内存申请,分配,管理策略,保证了JVM的高效平稳运行。不同JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异。结合JVM虚拟机规范,来探讨一下经典的JVM内存布局。
- 本地方法栈
- 程序计数器
- 虚拟机栈
- 堆(Heap)
- 元空间(MetasSpace)
本地方法栈
本地方法栈在JVM内存布局中,也是线程对象私有的,但是虚拟机栈’主内’,而本地方法栈’主外’,这个内外之别是针对JVM来说的,本地方法栈为Native方法服务。线程开始调用本地方法栈时,会进入一个不受JVM约束的世界。本地方法可以通过JNI来访问虚拟机运行时的数据区,甚至可以调用寄存器,具有和JVM相同能力和权限。当大量本地方法栈出现时,势必会削弱JVM对系统的控制力,因为他的出错信息都比较黑盒。对于内存不足本地方法栈会抛出OOM
程序计数器
每个线程创建后,都会产生自己的程序计数器和栈帧,程序计数器用来存放执行指令的偏移量和行号指示器等,线程执行或恢复都要依赖程序计数器。程序计数器在各个线程之间互不影响。此区域不会发生内存溢出异常。
虚拟机栈
栈是一个先入后出的数据结构,就像子弹的弹夹,最后压入的子弹先反射,压在底部的子弹最后发射,撞针只能访问位于顶部的那一颗子弹。
相对于寄存器的运行环境来说,JVM是基于栈结构的运行环境，栈结构移植性更好,可控性更强。JVM中的虚拟机栈是描述Java方法执行的内存区域，它是线程私有的。栈中的元素用于支持虚拟机进行方法的调用，每个方法从开始调用到执行完成的过程，就是栈帧从入栈到出栈的过程。
在活动线程中，只有位于栈顶的帧才是有效的,称为当前栈帧。正在执行的方法称为当前方法。栈帧是方法运行的基本结构。在执行引擎运行时，所有指令只能针对当前栈帧进行操作。
虚拟机栈通过出栈和入栈的方式，对每个方法对应的活动栈帧进行运算处理。方法正常执行结束后，肯定会跳转到另一个栈帧上。在执行的过程中，如果出现异常会进行异常回朔，返回地址通过异常处理表确认。
栈帧在整个JVM体系中地位颇高，包括局部变量表,操作栈，动态链接，方法返回地址。
- 局部变量表 局部变量表是存放方法参数和局部变量的区域。
- 操作栈 操作栈是一个初始化状态为桶式结构栈.在方法执行过程中，会有各种指令往栈中写入和提取信息。JVM的执行引擎是基于栈的执行引擎。其中的栈值的就是操作栈。字节码指令是基于栈类型的,栈的深度在方法原信息的stack属性中。
- 动态连接 每个栈帧中包含一个常量池中对当前方法的引用。目的是支持方法调用过程的动态连接
- 方法返回地址 方法执行对应两种退出情况1. 第一种正常退出 第二种 异常退出
堆
堆是OOM故障最主要的发源地，他存储着几乎所有实例对象，堆有垃圾收集器自动回收垃圾，堆区有各个子线程共享使用。
堆区分成两大块，新生代和老年代，对象产生之初在新生代，不如暮年进入老年代，但是老年代也接纳在新生代无法容纳的大对象。新生代有1个Edea区+2个Survior区。绝大部分对象在Edea区生成，当Edea区装填满后，会触发YGC。垃圾回收的时候，在Edea区实现清除策略，没有被引用的对象则直接回收，依然存活的对象被移送到Survior区,这个区被分为S0与S1两块内存空间。每次YGC的时候,他们将存活的对象复制到未被使用的那块空间，然后将正在使用的那块空间完全清除,然后交互两块区域的使用状态。如果YGC移送的对象大于Survior区容量上限,则直接移交给老年代，S0与S1区存活对象来回交换超过设置参数后会被移动到老年代。
如果新生代移送的超大对象的阀值超过上限,则尝试在老年代中进行分配，如果老年代也无法放下，则触发FGC,如果依然无法放下,则抛出OOM。
元空间（MetasSpace）
元空间的前身是Perm区,Perm区在JDK8中被淘汰,因为它启动时固定大小,很难进行调优,并且FGC时会移动类元信息。在某些场景下动态加载类过多会触发Perm区OOM。
区别与永久代,元空间在本地内存中分配。JDK8里,Perm区中所有内容中字符串常量移动到堆内存,其他内存包括类元信息，字段，静态属性，方法，常量等都移动到元空间。