JVM详解

一 JVM内存区域

1.运行时数据区介绍

根据官方文档显示：JVM内存区域分为6块，分别是：

1. The pc Register （程序计数器）
2. Java Virtual Machine Stacks （线程栈）
3. Heap（堆）
4. Method Area （方法区）
5. Run-Time Constant Pool （运行时常量池）
6. Native Method Stacks（本地方法栈）

如下图：

jdk官网内存区域详解

官方把内存区域分为6块，实际上运行时常量池是方法区的一部分，只不过官方把他单独划分了出来，所以jvm内存区域实际分为5块。如下图：

1.1 栈详细解析

只要有1个线程开始运行我们的main方法，Java虚拟机马上会在线程栈内为我们分配出一大块独立的栈内存空间，用来放我们在线程执行过程中需要用到局部变量的内存空间。下面以代码举例说明。
当线程开始运行main方法，马上会分配出一块自己的线程栈，同时在线程运行main方法时，
会单独开辟出一块main方法专属的栈帧内存区域，用来放main方法自己的局部变量，所以math是存放到main方法的栈帧内存中。在第17行调用了compute方法，Java虚拟机马上又会为compute分配自己专属的栈帧内存区域，用来放compute方法的局部变量，所以a，b，c就是存放到compute方法的栈帧内存中。

**JVM在程序运行时，会为每一个方法分配1个自己专属的内存空间，我们把这一块的内存空间叫做栈帧内存空间。

栈帧内部除了放局部变量外，还有操作数栈、动态链接、方法出口，一共包括这四块。
这四块的作用如下：

1. 局部变量：存放局部变量
2. 操作数栈：程序在运行过程中存放操作数的一块临时中转空间，例如a=1,那存放的就是1
3. 动态链接：程序运行过程中将符号引用转换成符号代码的直接地址
4. 方法出口：存放main方法中调用方法结束后的位置

在上面代码图中我们可以看到main方法中有Math对象，Math math = new Math();大家都知道对象一般都存在堆中，但是这个math是存在栈中的，存的是对象在堆中的内存地址。

1.2 程序计数器

程序计数器也是每一个线程独有的，和栈一样，用来存放程序正在运行的那一行的代码内存位置。
可以理解为0-12就是标记程序的位置，而程序将要运行的位置就是存放到程序计数器中的。程序每执行一行字节码执行引擎都会去修改程序计数器的位置。

1.3 方法区

先简单介绍一下方法区的存储，一般常量、静态变量、类信息。在上述代码图中，public static final int initData = 666；public static User user = new User();在这段代码initData和user就是放在方法区。这个静态变量user在方法区中存的是对象在堆中的内存地址。类信息就是程序代码的信息，比如方法名。

1.4 本地方法栈

在Java中看到的native就是本地方法，比如new Thread().start(); 点进源码就可以看到底层调用了本地方法，该start0是由c或c++语言实现的。如下图

1.5 堆

在介绍堆之前，先说明1点，堆和栈是共享的，方法区、本地方法栈、程序计数器是每个线程独有的。

1.5.1 jdk版本堆的区别

** 在jdk1.7及jdk1.7之前，堆分为三块：**

1. 年轻代
2. 老年代
3. 永久代

在jdk1.8及jdk1.8之后，对堆做了部分修改也分为三块：

1. 年轻代
2. 老年代
3. 元空间

1.5.2 年轻代及老年代介绍

年轻代分为三块：

1. Eden区
2. Survivor0区
3. Survivor1区

年轻代和老年代的比例为 1:2

Eden区、Survivor0区和Survivor1区比例为 8:1:1，大多数New出来的对象基本是存放在Eden区的，当然也有种情况就是如果对象太大，Eden区放不下会直接放到老年代中。

具体流程如下：
New 的对象先放在Eden区，如果Eden区空间满了，会触动垃圾回收 MinorGc，一个对象经历过GC之后如果还存活着，他的分代年龄会+1 (分代年龄存在对象头中)，存活的对象会放到幸存者 0 区，如果再次触碰垃圾回收，会把幸存者 0 区仍然存 活的对象放到幸存者 1 区，如果再次触碰垃圾回收，会把幸存者 1 区 仍然存活的对象放到幸存者 0 区，直到分代年龄达到15（默认的年龄是 15），此时就会把幸存者 0 区的对象放 到老年代当中,（空的区是 to 区，非空的幸存者区是 from 区）。 当老年代中承受不了新来的对象时，就会触发 FullGC，对老年代进行 垃圾回收，如果垃圾回收老年代仍然承受不了对象时，就会内存溢出OOM（OutOfMemory）。

介绍到这里不得不介绍下STW（Stop The World）的简称，实际上STW就是停掉用户的线程。在GC的过程中就会停止掉用户发起的所有线程，当然时间不会很长，给用户的感觉就是卡顿一下，这对性能是有影响的，JVM调优就是减少MinorGc和FullGC的执行时间和执行次数
最主要的是FullGC。

为什么要有STW机制？
在GC的过程中，目的是找一些非垃圾对象，把存活的对象存到老年代，如果说一次GC过程中，没有STW（没有停掉用户的所有线程），那么会把用户所有存活的对象当作垃圾对象来处理。

2. JVM整体结构及内存模型

二. JVM内存参数设置

Spring Boot程序的JVM参数设置格式(Tomcat启动直接加在bin目录下catalina.sh文件里)：

java -Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -Xss512K -XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -jar microservice-eureka-server.jar

-Xss：每个线程的栈大小

-Xms：初始堆大小，默认物理内存的1/64

-Xmx：最大堆大小，默认物理内存的1/4

-Xmn：新生代大小

-XX:NewSize：设置新生代初始大小

-XX:NewRatio：默认2表示新生代占年老代的1/2，占整个堆内存的1/3。

-XX:SurvivorRatio：默认8表示一个survivor区占用1/8的Eden内存，即1/10的新生代内存。

关于元空间的JVM参数有两个：-XX:MetaspaceSize=N和 -XX:MaxMetaspaceSize=N

-XX：MaxMetaspaceSize： 设置元空间最大值， 默认是-1， 即不限制， 或者说只受限于本地内存大小。

-XX：MetaspaceSize： 指定元空间触发Fullgc的初始阈值(元空间无固定初始大小)， 以字节为单位，默认是21M左右，达到该值就会触发full gc进行类型卸载， 同时收集器会对该值进行调整： 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-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话） 的情况下， 适当提高该值。这个跟早期jdk版本的-XX:PermSize参数意思不一样，-XX:PermSize代表永久代的初始容量。

由于调整元空间的大小需要Full GC，这是非常昂贵的操作，如果应用在启动的时候发生大量Full GC，通常都是由于永久代或元空间发生了大小调整，基于这种情况，一般建议在JVM参数中将MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize设置成一样的值，并设置得比初始值要大，对于8G物理内存的机器来说，一般我会将这两个值都设置为256M。