JVM的内存模型

一、JVM内存结构

JVM 内存共分为虚拟机栈，堆，方法区，程序计数器，本地方法栈五个部分。JVM的内存模型和类加载机制是分不开的 JVM类加载机制。

二、JVM内存区域功能

1. 堆内存
   堆内存是JVM内存模型中最大的一块区域，被所有线程共享，是在JVM启动时候进行创建的。几乎所有的对象的空间分配都是在堆内存上进行分配的。

   考虑到JVM的内存回收机制，堆内存可以划分为新生代和老年代两个区域（默认新生代与老年代的空间大小为1：2）。新生代可以再划分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区（三者比例为8：1：1）。几乎所有的新对象的创建都是在Eden区进行的。在垃圾回收（GC）过程中，Eden中的活跃对象会被转移到Survivor区，当再到达一定的年龄（经历Minor GC15次），会被转移到老年代中。

   堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但是需要满足逻辑上的连续。在实现时，可以实现成固定大小的， 也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的

2. 方法区
   方法区又被成为永久代（HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区），同样也是被所有的线程共享的。该区域中主要保存类的信息、静态变量、常量和即时编译器编译后的代码等数据。
   JDK1.7中，已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。JDK1.8撤销永久代，引入元数据区域。

   方法区不需要连续的内存，可以选择固定大小或者可扩展。并且还可以选择不实现垃圾收集。
   相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
   

   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

3. Java栈
   java栈是线程私有的内存区域，其中存储的是栈帧。对于一个java的方法，其开始调用，则会创建一个栈帧，保存到java栈中；当该方法执行完成，则对应的是出栈的过程。

   每个栈帧中，保存执行对应方法所必须的信息，主要包含局部变量表，操作数栈，动态链接和方法出口信息。
   

• 局部变量表：
  局部变量表中，可以存放的数据有8种基本数据类型（boolean，byte，char，short，int，float，long，double），对象引用和returnAddress类型。其中long和double因为是64位，会占用两个局部变量的空间。

  在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度（比如递归调用的时候），将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

• 操作数栈
  后进先出LIFO，最大深度由编译期确定。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。
  操作数栈可以存放一个jvm中定义的任意数据类型的值。
  在任意时刻，操作数栈都一个固定的栈深度，基本类型除了long、double占用两个深度，其它占用一个深度

• 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。Class文件的常量池中存在有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用，一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用（如final、static域等），称为静态解析，另一部分将在每一次的运行期间转化为直接引用，这部分称为动态连接。

• 方法返回地址：
  当一个方法被执行后，有两种方式退出该方法：执行引擎遇到了任意一个方法返回的字节码指令或遇到了异常，并且该异常没有在方法体内得到处理。无论采用何种退出方式，在方法退出之后，都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行。方法返回时可能需要在栈帧中保存一些信息，用来帮助恢复它的上层方法的执行状态。一般来说，方法正常退出时，调用者的PC计数器的值就可以作为返回地址，栈帧中很可能保存了这个计数器值，而方法异常退出时，返回地址是要通过异常处理器来确定的，栈帧中一般不会保存这部分信息。
  方法退出的过程实际上等同于把当前栈帧出栈，因此退出时可能执行的操作有：恢复上层方法的局部变量表和操作数栈，如果有返回值，则把它压入调用者栈帧的操作数栈中，调整PC计数器的值以指向方法调用指令后面的一条指令。

4. 本地方法栈
   本地方法栈也是线程私有的内存区域，与java栈比较相似，不同之处在于该区域主要是保存Native方法相关的数据。Native方法是非Java语言编写的方法。

   与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

5. 程序计数器
   程序计数器是用于标识当前线程执行的字节码文件的行号指示器。多线程情况下，每个线程都具有各自独立的程序计数器，所以该区域是非线程共享的内存区域。

   当执行java方法时候，计数器中保存的是字节码文件的行号；当执行Native方法时，计数器的值为空。

三、JVM内存参数设置

• -Xms设置堆的最小空间大小，默认是物理内存的1/64。
• -Xmx设置堆的最大空间大小，默认是物理内存的1/4。
• -XX:NewSize设置新生代最小空间大小。
• -XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。
• -XX:PermSize设置永久代最小空间大小。
• -XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。
• -Xss设置每个线程的堆栈大小。