八股文之【JVM内存结构】

JVM主要是三块，分别是内存结构、垃圾回收、类加载，我将用三篇文章来说明，这篇文章主要将jdk1.8的jvm的内存结构。

1.8同1.7比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

jvm内存结构

jvm内存结构

1、程序计数器

线程独有的， 可以把它看作是当前线程执行的字节码的行号指示器，比如如下字节码内容，在每个字节码前面都有一个数字（行号），我们可以认为它就是程序计数器存储的内容；所以程序计数器的主要作用是记录线程运行时的状态，方便线程被唤醒时能从上一次被挂起时的状态继续执行，需要注意的是，程序计数器是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OOM 情况的区域，所以这块区域也不需要进行 GC

2、虚拟机栈

所谓栈是限定仅在表头进行插入和删除操作的线性表。即压栈（入栈）和弹栈（出栈）都是对栈顶元素进行操作的。所以栈是后进先出的。栈是线程私有的，他的生命周期与线程相同。每个线程都会分配一个栈的空间，即每个线程拥有独立的栈空间。

虚拟机栈描述的是方法执行时的内存模型，是线程私有的，生命周期与线程相同，每个方法被执行的同时会创建栈桢（下文会看到），主要保存执行方法时的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址这些东西，接下来一一说明：等信息，方法执行时入栈，方法执行完出栈，出栈就相当于清空了数据，入栈出栈的时机很明确，所以这块区域不需要进行 GC；

栈帧图

上面说到了，栈里有局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址这些东西，接下来一一说明：

1、局部变量表

栈帧中，由一个局部变量表存储数据，局部变量表中存储了基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）的局部变量（包括参数）、和对象的引用（String、数组、对象等），但是不存储对象的内容。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

局部变量的容量以变量槽（Variable Slot）为最小单位，每个变量槽最大存储32位的数据类型。对于64位的数据类型（long、double），JVM 会为其分配两个连续的变量槽来存储。简称 Slot 。

JVM 通过索引定位的方式使用局部变量表，索引的范围从0开始至局部变量表中最大的 Slot 数量。普通方法与 static 方法在第 0 个槽位的存储有所不同。非 static 方法的第 0 个槽位存储方法所属对象实例的引用。

为了尽可能的节省栈帧空间，局部变量表中的 Slot 是可以复用的。方法中定义的局部变量，其作用域不一定会覆盖整个方法。当方法运行时，如果已经超出了某个变量的作用域，即变量失效了，那这个变量对应的 Slot 就可以交给其他变量使用，也就是所谓的 Slot 复用。通过一个例子来理解变量“失效”。

2、操作数栈

当帧被创建时，操作数栈是空的，jvm提供一些指令用于加载常量值，本地变量值，字段值到操作数栈上，另一些jvm指令采用操作数栈上的操作数进行操作，并把结果放回到操作数栈上。

操作数栈也用于准备将要传递给方法调用的参数和接收方法调用返回的结果。

long和double类型的值占用两个单位的栈深度，其它类型的值占用一个单位的栈深度。

栈中可能出现哪些异常？

• StackOverflowError：栈溢出错误

如果一个线程在计算时所需要用到栈大小 > 配置允许最大的栈大小，那么Java虚拟机将抛出 StackOverflowError

• OutOfMemoryError：内存不足

栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。

使用 -Xss 设置栈大小，通常几百K就够用了。由于栈是线程私有的，线程数越多，占用栈空间越大。

栈决定了函数调用的深度。这也是慎用递归调用的原因。递归调用时，每次调用方法都会创建栈帧并压栈。当调用一定次数之后，所需栈的大小已经超过了虚拟机运行配置的最大栈参数，就会抛出 StackOverflowError 异常。

3、动态链接

每一个帧都包含了对当前方法所属类型的运行时常量池的引用。目的是为了支持方法代码的动态链接。class文件中描述一个方法引用被调用的方法和被访问的变量的代码，是采用符号引用的形式实现的。

符号引用的形式可以粗略的认为是字符串的形式，就是用字符串标明需要调用哪个类的哪个方法或访问哪个字段或变量。就像符号引用这个名字一样，这些仅仅是符号，是拿不到具体值的，所以必须要进行转换。

动态链接就是把这些符号方法引用转换为具体的方法引用，在必要时加载类来解析尚未明确的符号，把符号变量的访问转换为这些变量运行时所在存储结构的适合的偏移量（索引）。这样的方式又称为后期绑定。

3、本地方法栈

与虚拟机栈功能非常类似，主要区别在于虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法时服务，而本地方法栈为虚拟机执行本地方法时服务的。这块区域也不需要进行 GC

4、堆

堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块存储区域。堆内存被所有线程共享。主要存放使用new关键字创建的对象。所有对象实例以及数组都要在堆上分配。垃圾收集器就是根据GC算法，收集堆上对象所占用的内存空间（收集的是对象占用的空间而不是对象本身）。

Java堆分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）；年轻代又分为伊甸园（Eden）和幸存区（Survivor区）；幸存区又分为From Survivor空间（s0）和 To Survivor空间（s1）。

年轻代存储“新生对象”，我们新创建的对象存储在年轻代中。当年轻内存占满后，会触发Minor GC，清理年轻代内存空间。

老年代存储长期存活的对象和大对象。年轻代中存储的对象，经过多次GC后仍然存活的对象会移动到老年代中进行存储。老年代空间占满后，会触发Full GC。

注：Full GC是清理整个堆空间，包括年轻代和老年代。如果Full GC之后，堆中仍然无法存储对象，就会抛出OutOfMemoryError异常。

堆设置常用参数

5、元数据区

JDK1.8 使用元空间（元数据区） MetaSpace 替代方法区，元空间并不在 JVM中，而是使用本地内存。

元数据区存储已被虚拟机加载的类信息。

随着JDK8的到来，JVM不再有方法区（PermGen），原方法区存储的信息被分成两部分：

1、虚拟机加载的类信息，被移动到了元空间中

2、运行时常量池，被移动到了堆中。常量池中存储编译器生成的各种字面量和符号引用。字面量就是Java中常量的意思。比如文本字符串，final修饰的常量等。方法引用则包括类和接口的全限定名，方法名和描述符，字段名和描述符等。常量池避免了频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。

元空间两个参数：

• MetaSpaceSize：初始化元空间大小，控制发生GC阈值
• MaxMetaspaceSize ：限制元空间大小上限，防止异常占用过多物理内存

参考：https://blog.csdn.net/rongtaoup/article/details/89142396