Java底层基础-JVM内存结构

一、JVM逻辑内存模型

​ JVM内存结构（Java内存结构） VS Java内存模型 VS Java对象模型
​ https://www.hollischuang.com/archives/2509
​ JVM内存结构：与Java虚拟机的运行时区域有关
​ Java内存模型：与java的并发编程有关
​ 并发编程： 原子性指在一个操作中CPU不可以在中途暂停然后在调度，一个操作要么成功要么失败
​ 可见性指当多个线程访问同一个变量时，一个现象修改了变量的值，其他线程能够立即看到修改的值
​ 有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序
​ Java对象模型：和Java对象在虚拟机中的表现形式有关

二、 JVM内存结构（jdk1.8）

2.1 程序计数器（线程私有）

​ 概念： 程序计数器是一个记录着当前线程所执行的字节码的行号指示器

为什么要用： 需要清楚JVM的多线程实现方式，JVM的多线程是通过CPU时间片轮转（即线程轮流切换并分配处理器的执行实践）算法来实现。
也就是说某个线程可能在执行过程中由于时间片耗尽而被挂起，另一个线程获取时间片开始执行。
这个时候就需要程序计数器来记录执行的位置，才能在被挂起后分配到时间片后继续执行

​ 特点：

​ 1. 线程隔离，每个线程工作时都有属于自己独立的计数器

​ 2. 执行java方法时，程序计数器是有值的，且记录的是正在执行的字节码指令的地址

​ 3. 执行native本地方法时，程序计数器的值是空的，因为native方法时java通过JNI直接调用本地C/C++库，相当于Java通过这个方法调用到了C/C++的方法

​ 由于此方法是通过C/C++而不是Java进行实现的，所以无法产生相应的字节码，所以程序计数器是空的

​ 4. 程序计数器占用的内存非常小，在进行JVM内存计算时可以忽略不计

​ 5. 程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError的

2.2 Java 虚拟机栈（线程私有）

​ 概念： 每个方法执行的时候会创建一个栈帧，存储局部变量，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，对应一个栈帧从虚拟机栈中入栈和出栈。

​ 局部变量表： 存放编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double），对象引用（refrence类型，不等同于对象本身，一个指向对象的起始内存位置的引用指针）和returnAddress类型（指向一条字节码的地址：函数返回地址）<所需要的内存空间在编译期确定>

​ 操作数栈： 栈帧刚建立使，操作数栈为空，执行方法操作时，操作数栈用于存放JVM从局部变量表复制的常量或者变量，提供提取，及结果入栈，也用于存放调用方法需要的参数及接受方法返回的结果

​ 动态连接： 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接

​ 方法出口：

2.3 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

2.4. Java堆（线程共享）

​ 堆是Java虚拟机所管理的内存最大一块，堆是所有线程共享的一块内存区域；

​ 堆的唯一目的就是存放对象实例，所有的对象实例都在这里分配内存。

​ 堆是垃圾处理器管理（GC）的主要区域，这就是为什么Java堆又称为GC堆

注：字符串常量池在堆中

（涉及到新生代，老年代等需要补充）

2.5 方法区（1.8后废除，变为元空间）

​ 概念： 用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，如static修饰的变量加载类的时候就被加载到方法区中；

​ 方法区同堆一样，是所有线程共享的内存区域，为了区分堆，又被称为非堆。由于不受GC垃圾处理器的限制，方法区在1.8之前又称为永久代

运行时常量池

​ 是方法区的一部分，class文件除了有类的字段、接口、方法等描述信息之外，还有常量池用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用，这部分内容在类加载后进入方法区的运行时常量池

2.6 元空间

是因为这里面存储的是类的元数据信息。

元数据（Meta Date），关于数据的数据或者叫做用来描述数据的数据或者叫做信息的信息。

这些定义都很是抽象，我们可以把元数据简单的理解成，最小的数据单位。元数据可以为数据说明其元素或属性（名称、大小、数据类型、等），或其结构（长度、字段、数据列），或其相关数据（位于何处、如何联系、拥有者）。

元空间的特点

1，每个加载器有专门的存储空间。
2，不会单独回收某个类。
3，元空间里的对象的位置是固定的。
4，如果发现某个加载器不再存货了，会把相关的空间整个回收。

2.6.1 为什么将方法区替换成元空间？

类的元数据, 字符串池, 类的静态变量将会从永久代移除, 放入Java heap或者native memory. 其中建议JVM的实现中将类的元数据放入 native memory, 将字符串池和类的静态变量放入Java堆中. 这样可以加载多少类的元数据就不在由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

为什么这么做呢? 减少OOM只是表因, 更深层的原因还是要合并HotSpot和JRockit的代码, JRockit从来没有一个叫永久代的东西, 但是运行良好, 也不需要开发运维人员设置这么一个永久代的大小

通过上面分析，大家应该大致了解了 JVM 的内存划分，也清楚了 JDK 8 中永久代向元空间的转换。不过大家应该都有一个疑问，就是为什么要做这个转换？所以，最后给大家总结以下几点原因：

1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。

2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。

3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。