JVM内存模型

JVM结构

从左图可知，JVM主要包括四个部分：

1.类加载器（ClassLoader）:在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。（右图表示了从java源文件到JVM的整个过程，可配合理解。

2.执行引擎：负责执行class文件中包含的字节码指令（执行引擎的工作机制，这里也不细说了，这里主要介绍JVM结构）；

3.内存区（也叫运行时数据区）：是在JVM运行的时候操作所分配的内存区。运行时内存区主要可以划分为5个区域，如图：

方法区(Method Area)：用于存储一个类的所有结构信息(类的class)的地方，包括final标注的常量池、静态变量、静态方法、构造函数、成员变量、成员方法等。虽然JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分， 但它却有个别名non-heap（非堆），所以大家不要搞混淆了。方法区还包含一个运行时常量池。

java堆(Heap)：存储java实例或者对象的实体信息(包含这个对象的变量和方法信息,成员变量会默认初始化,方法储存了地址值,指向了方法区)的地方。这块是GC的主要区域（后面解释）。从存储的内容我们可以很容易知道，方法区和堆是被所有java线程共享的。

java栈(Stack)：java栈总是和线程关联在一起，每当创建一个(对象)线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧(栈帧之间是隔离的)，每运行一个方法就创建一个栈帧(所需内存大小在编译期间就确定了,栈帧代表方法处理逻辑)，用于存储对象的引用，基本数据类型，局部变量表(方法内局部变量)、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是现成私有的。

程序计数器(PC Register)：用于保存当前线程执行的内存地址。由于JVM程序是多线程执行的（线程轮流切换），所以为了保证线程切换回来后，还能恢复到原先状态，就需要一个独立的计数器，记录之前中断的地方，可见程序计数器也是线程私有的。

本地方法栈(Native Method Stack)：和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。

本地方法接口：主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果。

java栈的内存图

当jvm启动,加载所需要对象的class类,执行类的main()方法,此时jvm会为对象创建一个java栈,main()里包含的方法,就是当前java栈的栈帧(一个方法就是一个栈帧,代表方法处理逻辑),线程2,线程3代表其它类的线程…

一个对象的内存图

方法区中常量池:

方法区也是所有线程共享。主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。
方法区是JVM 的规范，永久代（PermGen space）是HotSpot对这种规范的实现。

在 JDK 1.8 中， HotSpot 已经没有 “PermGen space”这个区间了，取而代之的是 Metaspace（元空间）。

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

内存分配

Java的内存分配原理与C/C++不同，C/C++每次申请内存时都要malloc进行系统调用，而系统调用发生在内核空间，每次都要中断进行切换，这需要一定的开销，而Java虚拟机是先一次性给java类分配一块较大的空间，然后每次为类new对象时都在该空间上进行分配和释放，减少了系统调用的次数，节省了一定的开销，这有点类似于内存池的概念；二是有了这块空间过后，如何进行分配和回收就跟GC机制有关了。

java一般内存申请有两种：静态内存和动态内存。很容易理解，编译时就能够确定的内存就是静态内存，即内存是固定的，系统一次性分配，比如int类型变量；动态内存分配就是在程序执行时才知道要分配的存储空间大小，比如java对象的内存空间。根据上面我们知道，java栈、程序计数器、本地方法栈都是线程私有的，线程生就生，线程灭就灭(JVM相当于是一个进程,所加载的对象,就是一个线程)，栈中的栈帧随着方法的结束也会撤销，内存自然就跟着回收了。所以这几个区域的内存分配与回收是确定的，我们不需要管的。但是java堆和方法区则不一样，我们只有在程序运行期间才知道会创建哪些对象，所以这部分内存的分配和回收都是动态的。一般我们所说的垃圾回收也是针对的这一部分。

总之Stack(栈)的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题(栈是线程私有的,随着执行结束就会被销毁)；而Heap(堆) 则是为java对象的实例随机分配内存，不定长度，所以存在内存分配和回收的问题；