JVM内存模型

最新推荐文章于 2025-04-10 10:03:54 发布

转载最新推荐文章于 2025-04-10 10:03:54 发布 · 273 阅读

java 专栏收录该内容

28 篇文章

订阅专栏

JVM内存模型总体架构图

1）程序计数器
多线程时，当线程数超过CPU数量或CPU内核数量，线程之间就要根据时间片轮询抢夺CPU时间资源。因此每个线程有要有一个独立的程序计数器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成，记录下一条要运行的指令。线程私有的内存区域。如果执行的是JAVA方法，计数器记录正在执行的java字节码地址，如果执行的是native方法，则计数器为空。

此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2）虚拟机栈
线程私有的，它的生命周期与线程相同，与线程在同一时间创建和销毁。虚拟机栈描述的是JAVA方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一个桢栈来存储方法的的变量表、操作数栈、动态链接方法、返回值、返回地址等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。对于执行引擎来说，活动线程中，只有栈顶的栈帧是有效的，称为当前栈帧，这个栈帧所关联的方法称为当前方法。执行引擎所运行的所有字节码指令都只针对当前栈帧进行操作。栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss参数可以设置虚拟机栈大小）。栈的大小可以是固定的，或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度，则抛出stackOverflowError；如果栈是可动态扩展的，但没有内存空间支持扩展，则抛出OutofMemoryError。下图为栈帧结构图：

3）本地方法区
本地方法栈（Native MethodStacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法（本地方法）服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4）JAVA堆

堆是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例和数组，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。堆是垃圾收集器管理的主要区域。

堆可以分为新生代和老年代(tenured)。

新生代（young）：程序新创建的对象都是从新生代分配内存，新生代由Eden Space和两块相同大小的Survivor Space(通常又称S0和S1或From和To)构成，可通过-Xmn参数来指定新生代的大小，也可以通过-XX:SurvivorRation来调整Eden Space及SurvivorSpace的大小。

老年代（tenured）：用于存放经过多次新生代GC仍然存活的对象，例如缓存对象，新建的对象也有可能直接进入老年代，主要有两种情况：

1、大对象，可通过启动参数设置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(单位为字节，默认为0)来代表超过多大时就直接在老年代分配。

2、大的数组对象，且数组中无引用外部对象。老年代所占的内存大小为-Xmx对应的值减去-Xmn对应的值。

堆的大小可以通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置，-Xms为JVM启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G，-Xmx为JVM可申请的最大内存，默认为物理内存的1/4但小于1G，默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大Heap到-Xmx指定的大小，可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列；当空余堆内存大于70%时，JVM会减小heap的大小到-Xms指定的大小，可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列，对于运行系统，为避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常-Xms与-Xmx的值设成一样。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError 异常。

5)方法区

线程共享的，用于存放被虚拟机加载的类的元数据信息：如常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。也成为永久代。如果hotspot虚拟机确定一个类的定义信息不会被使用，也会将其回收。回收的基本条件至少有：所有该类的实例被回收，而且装载该类的ClassLoader被回收

方法区在一个jvm实例的内部，类型信息被存储在一个称为方法区的内存逻辑区中。类型信息是由类加载器在类加载时从类文件中提取出来的。类(静态)变量也存储在方法区中。

简单说方法区用来存储类型的元数据信息，一个.class文件是类被java虚拟机使用之前的表现形式，一旦这个类要被使用，java虚拟机就会对其进行装载、连接（验证、准备、解析）和初始化。而装载（后的结果就是由.class文件转变为方法区中的一段特定的数据结构。这个数据结构会存储如下信息：

类型信息

这个类型的全限定名

这个类型的直接超类的全限定名

这个类型是类类型还是接口类型

这个类型的访问修饰符

任何直接超接口的全限定名的有序列表

字段信息

字段名

字段类型

字段的修饰符

方法信息

方法名

方法返回类型

方法参数的数量和类型（按照顺序）

方法的修饰符

其他信息

除了常量以外的所有类（静态）变量

一个指向ClassLoader的指针

一个指向Class对象的指针

常量池（常量数据以及对其他类型的符号引用）

JVM为每个已加载的类型都维护一个常量池。常量池就是这个类型用到的常量的一个有序集合，包括实际的常量(string,integer,和floating point常量)和对类型，域和方法的符号引用。池中的数据项象数组项一样，是通过索引访问的。

每个类的这些元数据，无论是在构建这个类的实例还是调用这个类某个对象的方法，都会访问方法区的这些元数据。

构建一个对象时，JVM会在堆中给对象分配空间，这些空间用来存储当前对象实例属性以及其父类的实例属性（而这些属性信息都是从方法区获得），注意，这里并不是仅仅为当前对象的实例属性分配空间，还需要给父类的实例属性分配，到此其实我们就可以回答第一个问题了，即实例化父类的某个子类时，JVM也会同时构建父类的一个对象。从另外一个角度也可以印证这个问题：调用当前类的构造方法时，首先会调用其父类的构造方法直到Object，而构造方法的调用意味着实例的创建，所以子类实例化时，父类肯定也会被实例化。

类变量被类的所有实例共享，即使没有类实例时你也可以访问它。这些变量只与类相关，所以在方法区中，它们成为类数据在逻辑上的一部分。在JVM使用一个类之前，它必须在方法区中为每个non-final类变量分配空间。

方法区主要有以下几个特点：

1、方法区是线程安全的。由于所有的线程都共享方法区，所以，方法区里的数据访问必须被设计成线程安全的。例如，假如同时有两个线程都企图访问方法区中的同一个类，而这个类还没有被装入JVM，那么只允许一个线程去装载它，而其它线程必须等待

2、方法区的大小不必是固定的，JVM可根据应用需要动态调整。同时，方法区也不一定是连续的，方法区可以在一个堆(甚至是JVM自己的堆)中自由分配。

3、方法区也可被垃圾收集，当某个类不在被使用(不可触及)时，JVM将卸载这个类，进行垃圾收集

可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。

对于习惯在HotSpot 虚拟机上开发和部署程序的开发者来说，很多人愿意把方法区称为“永久代”（PermanentGeneration），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot 虚拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。

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。

当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

JVM参数：

-XX:+PrintGCDetails 打印垃圾回收信息

-Xms 为Heap区域的初始值，线上环境需要与-Xmx设置为一致，否则capacity的值会来回飘动
-Xmx 为Heap区域的最大值
-Xss（或-ss）线程栈大小（指一个线程的native空间）1.5以后是1M的默认大小
-XX:PermSize与-XX:MaxPermSize 方法区（永久代）的初始大小和最大值（但不是本地方法区）
-XX:NewRatio 老年代与新生代比率
-XX:SurvivorRatio Eden与Survivor的占用比例。例如8表示，一个survivor区占用 1/8 的Eden内存，即1/10的新生代内存，为什么不是1/9？因为我们的新生代有2个survivor，即S1和S22。所以survivor总共是占用新生代内存的 2/10，Eden与新生代的占比则为 8/10。
-XX:MaxHeapFreeRatio GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例小于这个值，则减小堆空间。
-XX:MinHeapFreeRatio GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例大于这个值，则增大堆空间。
-XX:NewSize 新生代大小

参考文章：

http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/understanding-java-garbage-collection/

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html

http://blog.youkuaiyun.com/kingofworld/article/details/17718587