jvm内存模型

一、什么是JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。 JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码）,就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

二、jvm内存划分

1. 程序计数器（Program Counter Register）

线程私有，它的生命周期与线程相同。可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，如：分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复（多线程切换）等基础功能。如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（undefined）。程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变，所以此区域不会出现OutOfMemoryError的情况。程序计数器用来为线程独立拥有，线互补互不影响，保证线程切换后能准确恢复到执行位置，线程执行指令的跳转、循环、分支都要依赖计数器来完成。

严格来说是一个数据结构，用于保存当前正在执行的程序的内存地址，由于Java是支持多线程执行的，所以程序执行的轨迹不可能一直都是线性执行。当有多个线程交叉执行时，被中断的线程的程序当前执行到哪条内存地址必然要保存下来，以便用于被中断的线程恢复执行时再按照被中断时的指令地址继续执行下去。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都需要有一个独立的程序计数器，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存,这在某种程度上有点类似于“ThreadLocal”，是线程安全的。

2. Java虚拟机栈（JVM Stacks）

线程私有的，它的生命周期与线程相同。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（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。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。局部变量表存放了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（reference类型）。

该区域可能抛出以下异常：当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；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。

3. 本地方法栈（Native Method Stacks）

与虚拟机栈非常相似，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 方法服务。本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。Java栈也是线程独立的，每个线程建立一个Java栈存储数据，所以不需要关心其数据一致性，也不会存在同步锁的问题。每个Java栈存在多个栈帧(stackframe),栈帧与方法一一对应，在HotSpot虚拟机中，使用-Xss参数来设置栈的大小，栈的大小直接决定了函数调用的可达深度。

4. Java堆（Heap）

被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，用来存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。对于大多数应用来说，Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；新生代又有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间三部分。Java 堆不需要连续内存，并且可以通过动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异常。

5. 方法区（Method Area）

被所有方法线程共享的一块内存区域。
用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。
这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和堆类型的卸载。
用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。和 Java 堆一样不需要连续的内存，并且可以动态扩展，动态扩展失败一样会抛出 OutOfMemoryError 异常。对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，但是一般比较难实现，HotSpot 虚拟机把它当成永久代（Permanent Generation）来进行垃圾回收。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫“非堆”。运行时常量池（Runtime Constant Pool）运行时常量池是方法区的一部分。Class 文件中的常量池（编译器生成的各种字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()。这部分常量也会被放入运行时常量池。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文件中除了有
类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant PoolTable），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。Java 虚拟机对Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规
定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java 虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class 文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中①。运行时常量池相对于Class 文件常量池的另外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，也就是并非预置入Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String 类的intern() 方法。
既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError 异常

三、jdk8内存划分

元空间代替了永久代,所以JVM关于永久代的参数也都作废了，取而代之的是关于MetaSpace空间的参数。元数据区和永久代本质上都是方法区的实现。方法区存放虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等数据。而且MetaSpace是属于直接内存而不是JVM分配的内存。示意图

方法区与永久代的关系
很多文章里喜欢把方法区等同与永久代，永久代既然没了，方法区也就没了。但我认为方法区只是一种逻辑上的概念，永久代指物理上的堆内存的一块空间，这块实际的空间完成了方法区存储字节码、静态变量、常量的功能等等。既然如此，现在元空间也可以认为是新的方法区的实现了。

常量池随永久代的变化
在永久代移除后，字符串常量池也不再放在永久代了，但是也没有放到新的方法区—元空间里，而是留在了堆里（为了方便回收？）。运行时常量池当然是随着搬家到了元空间里，毕竟它是装类的重要信息的，有它的地方才称得上是方法区。