深入Java虚拟机（一）：Java内存区域

Java内存区域：

      程序计数器（Program Counter Register）

      （1）线程私有

      （2）当线程在执行一个Java方法时，该计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；

         当线程在执行的是Native方法（调用本地操作系统方法）时，该计数器的值为空。

      （3）唯一一个在Java虚拟机规范中么有规定任何OOM（内存溢出：OutOfMemoryError）情况的区域。

 

      Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

       （1）线程私有的，生命周期与线程相同。

       （2）虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧，栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和一些额外的附加信息。在编译程序代码时，栈帧中需要多大的局部变量表、多深的操作数栈都已经完全确定了，并且写入了方法表的Code属性之中。因此，一个栈帧需要分配多少内存，不会受到程序运行期变量数据的影响，而仅仅取决于具体的虚拟机实现。

        （3）在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：

                  a)  如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。

                  b)  如果虚拟机在动态扩展栈时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError异常。

       本地方法栈（Native Method Stacks）

        （1）线程私有

        （2） 该区域与虚拟机栈所发挥的作用非常相似，只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为使用到的本地操作系统（Native）方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈也会抛出StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常。

 

       Java堆（Java Heap）

     （1）线程共享，没有空间时将抛出OutOfMemoryError异常。

     （2）所有的对象实例以及数组都要在堆上分配（例外：逃逸分析技术比如栈上分配）

     （3）细分：

         Young Generation（年轻代）、Old Generation（年老代）以及Perm Generation（永久代）。其中的Young Generation（年轻代），又分为Eden、From和To，其中From和To又统称为Survivor Spaces（幸存区）。

 

       方法区（Method Area）

           （1）线程共享

           （2）它用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。方法区域又被称为“永久代”，但这仅仅对于Sun HotSpot来讲，JRockit和IBM J9虚拟机中并不存在永久代的概念。垃圾回收行为在这个区域是比较少见的。

          （3）根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

       运行时常量池 (Ruentime Constnat Pool)

           （1）属于方法区的一部分。

          （2）用于Class文件的各种字面量和符号引用。

          （3）运行时常量池相对于Class文件常量池的另一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，运行期间也可能将新的常量放入池中，如String类的intern（）方法。

       直接内存（Direct Memory）

             直接内存并不是Java虚拟机中的内存区域，它直接从操作系统中分配，可以利用DirectByteBuffer实现Netty的零拷贝。

jdk1.8变化

JDK 1.6下，会出现“PermGen Space”的内存溢出，而在 JDK 1.7和 JDK 1.8 中，会出现堆内存溢出，并且 JDK 1.8中 PermSize 和 MaxPermGen 已经无效。因此，可以大致验证 JDK 1.7 和 1.8 将字符串常量由永久代转移到堆中，并且 JDK 1.8 中已经不存在永久代的结论。

　　元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小：

　　-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。
　　-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。

　除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性：
　　-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集
　　-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集