从头开始分析JDK - 深入“基层” （三）

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数据仓库：堆、栈 - 关于JVM的内存模型

JVM 运行时数据区

在JVM的运行时内存数据区中包含了：Method Area(方法区)、Heap Area(堆区)、Stack Area(栈区)、PC Registers(程序计数器)和Native Method Stack(本地方法栈)。

  1. Method Area(方法区)中存储了所有被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。该区域使用永久代实现，并且该区域的数据是所有线程共享使用的。
  2. Heap Area(堆区)是JVM中所占内存最大的一块，它唯一的目的是存储对象的实例，几乎所有的对象实例都在这个区域中被分配内存。该区域使用新生代和老年代实现，同时该区域的数据也是所有线程共享使用的。
  3. Stack Area(栈区)由线程创建，其中存储了每一个方法实例私有的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法实例都会创建一个私有的栈帧(Stack Frame)并放入这个区域。当线程关闭的时候，该线程的栈区内存也将会释放。
  4. PC Registers(程序计数器)全称为：Program Counter Registers,每一个线程都会创建一个程序计数器。线程执行过程中，它会存储正在执行的方法在Method Area(方法区)中存储的位置。
  5. Native Method Stack(本地方法栈)是用Java以外的语言编写的本机代码栈，通过JNI（Java Native Interface）调用。 由于它是一个“本地”堆栈，这个堆栈的行为完全依赖于底层操作系统。

完整的JVM内存模型如下图：

接下来我们将对最重要的三块：Method Area(方法区)、Heap Area(堆区)和Stack Area(栈区)进行详细分析。

Method Area 方法区 - 编译后的代码仓库

方法区是一个所有线程共享的区域，由虚拟机启动的时候创建，对于GC来说它位于永生代①中。方法区存储了所有被虚拟机加载的类信息、常量②、静态变量、即时编译后的代码等数据。

虽然Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java 堆区分开来。但是，和堆区一样它并不需要连续的内存和可选择固定大小或可扩展，除此之外他和堆区不一样的是它并不需要完全的GC。针对该区域的内存回收，主要是常量池的回收和对类型的卸载。

Runtime constant pool 运行时常量池

运行时常量池是方法区的子区域，存放着在编译时已知的各种字面量和符号引用。除此之外，我们还可以以使用类似String类中的intern()方法添加新的常量。

  1. 字面量②：如文本字符串、final的常量值
  2. 符号引用：编译语言层面的概念，包括以下3类：
    • 类和接口的全限定名
    • 字段的名称和描述符
    • 方法的名称和描述符

①：在JDK8中，永生代PermGen已经被彻底移除，取而代之的是metaspace数据区，使用native内存，申请和释放由虚拟机负责管理。
②：在JDK7中，字符串常量已经从永久代移除。

Heap 堆 - 对象实例的存储仓库和GC的主战场

作为JVM内存中占比最大的一块，堆区存储了所有使用new运算符实例化过后的类实例和数组。堆区的创建时间是在虚拟机启动的时候创建的，而且改区域内的内容是所有线程共享的。

JVM默认的堆区内存分配如下：
初始分配的内存由 -Xms 指定，默认是物理内存的1/64
最大分配的内存由 -Xmx 指定，默认是物理内存的1/4

默认空余堆内存 小于40% 时，JVM 就会增大堆直到 -Xmx 的最大限制，可以由 -XX:MinHeapFreeRatio 指定
默认空余堆内存 大于70% 时，JVM 会减少堆直到 -Xms 的最小限制，可以由 -XX:MaxHeapFreeRatio 指定

堆区分为两个大块：Young Generation(新生代)和Old Generation(老年代)。之所以会分为两个区域，是为了JAVA中最重要的特性之一的Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）机制。

Young Generation(新生代)

  1. 按照JVM的规则，当一个新的对象产生后将会被分配到新生代中的Eden区中。需要注意的是，如果产生的新对象过大，比如超大型数组等，该对象将会被直接放入到Old Gen老生代中。
  2. 如果Eden区域内存不够用的时候，就会触发GC机制。这个时候，GC会将Eden中无用的对象回收，如果该对象依然在使用那么它将会被copy到其中一个Survivor中。
  3. From Survivor和To Survivor是相对的，GC选中其中一个为From Survivor，而另一个就为To Survivor，在From Survivor接收对象之前，From Survivor中已存在的对象会被copy到To Survivor中，并且清空From Survivor。
  4. 当Survivor中的对象经历了15次（默认，可通过参数调整）GC过后还存在，该对象会被移动到Old Gen(老生代)中。
  5. 每一次GC会使Eden区域清空。

    Old Generation(老年代)

  6. 在Old Gen中，主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。
  7. 当Old Gen空间足够时，To Survivor区的对象会被移到Old Gen，否则会被保留在To Survivor区。
  8. 当Old Gen空间不够时，会触发仅在Old Gen进行的GC。
  9. 当Old Gen和位于方法区中的Permanet Generation(永生代)都表示空间不足或者用户显式调用System.GC, RMI等时，将会对

ps.关于JVM的GC是非常重要的一块内容，我将在以后的博文中进行深入分析。

VM Stack 虚拟机栈 - 方法执行的内存模型

  1. 虚拟机栈是Java方法执行的内存模型，每一个线程都拥有一个虚拟机栈，其生命周期与线程的生命周期一致。
  2. 每一个方法在执行的时候都会创建一个栈帧，栈帧中存放局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
  3. 线程在执行方法时候实际上就是方法栈帧入栈出栈的过程。
  4. 虚拟机栈大小是默认固定的，对于现代JVM来说虚拟机栈又拥有动态扩展的能力。如果线程需要创建一个比固定栈大小还大的虚拟机栈的话，就会抛出StackOverflowError。

VM Stack 虚拟机栈

其他：关于G1回收机制

G1回收机制是从JDK7开始引入的新一代垃圾回收机制，并在JDK8中基本稳定。

Oracle官方对于G1机制的描述:

The heap is partitioned into a set of equal-sized heap regions, each a contiguous range of virtual memory. Certain region sets are assigned the same roles (eden, survivor, old) as in the older collectors, but there is not a fixed size for them. This provides greater flexibility in memory usage.

相对于传统的GC来说，G1最大的特点是先将内存分为一组相等大小的堆区域，每个区域都是连续的虚拟内存范围。由虚拟机对不同的区域赋予不同的角色(Eden、Survivor、Old)，但是他们都没有固定的大小，这样提供了更大的内存使用灵活性。

结束

本文部分文本来源于互联网

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