JVM系列-二、JVM內存結構

1、JVM內存結構

1.一、棧（JVM Stacks）

• 存放局部變量（定義在方法中的變量和定義在方法參數列表上的變量）、對象引用（reference類型，它不等同於對象自己，根據不一樣的虛擬機實現，它多是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能指向一個表明對象的句柄或者其餘與此對象相關的位置）、方法的執行。
• 棧裏面的變量不會附初始值。
• 是線程私有的，它的生命週期與線程相同，線程之間資源不共享。虛擬機棧描述的是Java方法執行的內存模型：每一個方法被執行的時候都會同時建立一個棧幀（Stack Frame）用於存儲局部變量表、操做棧、動態連接、方法出口等信息。每個方法被調用直至執行完成的過程，就對應着一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

• 棧是一塊連續的空間，相比堆來講較小，運行速度快，不須要垃圾回收機制。

• 在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常情況：
  • 若是線程請求的棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StackOverflowError異常；
  • 若是虛擬機棧能夠動態擴展（當前大部分的Java虛擬機均可動態擴展，只不過Java虛擬機規範中也容許固定長度的虛擬機棧），當擴展時沒法申請到足夠的內存時會拋出OutOfMemoryError異常。

1.二、堆

• 是Java虛擬機所管理的內存中最大的一塊。被全部線程共享（前提是要有地址），在虛擬機啓動時建立。
• 此內存區域的惟一目的就是存放對象實例（new 的對象）並會附初始值，幾乎全部的對象實例都在這裏分配內存。
• 堆在物理上能夠是一塊不連續的空間，只要邏輯上是連續的便可，空間最大，運行速度最慢，須要垃圾回收機制。在實現時，既能夠實現成固定大小的，也能夠是可擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現的（經過-Xmx和-Xms控制）。
• 若是在堆中沒有內存完成實例分配，而且堆也沒法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。
• 當棧中沒有變量指向時，堆中的變量就會被回收。
• 對象的實體基本都存儲在堆裏，外界只能經過地址引用堆裏面的對象。

從結構上來分，堆能夠分爲新生代和老年代。而新生代又能夠分爲Eden 空間、From Survivor 空間（s1）、To Survivor 空間（s2）：

• 內存分爲新生代和老年代，新生代分爲Eden和Survivor(有2個)
• 建立的對象，首先放入Eden和Survivor1（多是短期）的
• 當Eden滿了會啓動minor gc，回收新生代中再也不使用的對象，還要用的就放到Survivor2中
• 移完以後eden和Survivor1中省下的就是再也不使用的對象，就將他們清理掉
• Survivor1和Survivor2交換角色。那就是原來的Survivor1成了備用的了，也就是原來的Survivor2
• 屢次在Survivor區沒有被清理掉的，說明它是長時間使用的，那麼將它移動到老年代，到目前爲止世界一切和平
• 因爲對象越New越多，minor時發生備用的Survivor區滿了，放不進去了，怎麼辦呢？這個原本多是短期生存的對象被放入老年代
• 短期生存的對象，極可能快速的給老年代佔滿，白白的浪費老年代的空間，就會觸發Full GC，回收老年代的對象

1.三、方法區（Method Area）

• 包括三部分：class區（存放虛擬機加載後的.class文件等類信息），靜態區（存放static修飾的變量），常量池（string和包裝類中的一些常量）
• 是各個線程共享的內存區域。 方法區是堆的一個邏輯部分，所以和堆同樣都是線程共享的
• 永久代。 方法區中的信息通常須要長期存在，並且它又是堆的邏輯分區，所以用堆的劃分方法，把方法區稱爲「永久代」。
• Java虛擬機規範對這個區域的限制很是寬鬆，除了和Java堆同樣不須要連續的內存和能夠選擇固定大小或者可擴展外，還能夠選擇不實現垃圾收集。
• 內存回收效率低。 方法區中的信息通常須要長期存在，回收一遍以後可能只有少許信息無效。主要回收目標是：對常量池的回收；對類型的卸載。
• 根據Java虛擬機規範的規定，當方法區沒法知足內存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

1.四、程序計數器（Program Counter Register）

• 程序計數器是一塊較小的內存空間。
• 當前線程所執行的字節碼的行號指示器（那條字節碼指令的地址）。字節碼解釋器工做時就是經過改變這個計數器的值來選取下一條須要執行的字節碼指令，分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢復等基礎功能都須要依賴這個計數器來完成。
• 若是線程正在執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機字節碼指令的地址；若是正在執行的是Natvie方法，這個計數器值則爲空（Undefined）。
• 線程私有，每條線程都有本身的程序計數器。
• 生命週期：隨着線程的建立而建立，隨着線程的結束而銷燬。
• 是惟一一個不會出現OutOfMemoryError的內存區域。

因爲Java虛擬機的多線程是經過線程輪流切換並分配處理器執行時間的方式來實現的，在任何一個肯定的時刻，一個處理器（對於多核處理器來講是一個內核）只會執行一條線程中的指令。所以，爲了線程切換後能恢復到正確的執行位置，每條線程都須要有一個獨立的程序計數器，各條線程之間的計數器互不影響，獨立存儲，咱們稱這類內存區域爲「線程私有」的內存。

 1.五、本地方法棧（Native Method Stacks）

• 本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發揮的做用是很是類似的，其區別不過是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是爲虛擬機使用到的Native方法服務。
• 虛擬機規範中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數據結構並無強制規定，所以具體的虛擬機能夠自由實現它。
• 與虛擬機棧同樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

2、JVM控制參數

先看一張圖，這張圖能很清晰的說明JVM內存結構的佈局和相應的控制參數：

控制參數：

• 堆（Heap）：
  • -Xms 設置堆的最小空間大小。
  • -Xmx 設置堆的最大空間大小。
  • -XX:NewSize 設置新生代最小空間大小。
  • -XX:MaxNewSize 設置新生代最大空間大小。
  • 沒有直接設置老年代的參數，可是能夠設置堆空間大小和新生代空間大小兩個參數來間接控制。
    • 老年代空間大小=堆空間大小-年輕代大空間大小

• 方法區
  • -XX:PermSize 設置永久代最小空間大小。
  • -XX:MaxPermSize 設置永久代最大空間大小。
• 棧/本地方法棧
  
  • -Xss 設置每一個線程的堆棧大小。

3、常見內存溢出錯誤

• Exception in thread 「main」: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
  • 緣由：對象不能被分配到堆內存中。
• Exception in thread 「main」: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  • 緣由：類或者方法不能被加載到老年代。它可能出如今一個程序加載不少類的時候，好比引用了不少第三方的庫。
• Exception in thread 「main」: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
  • 緣由：建立的數組大於堆內存的空間。
• Exception in thread 「main」: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?
  • 緣由：分配本地分配失敗。JNI、本地庫或者Java虛擬機都會從本地堆中分配內存空間。
• Exception in thread 「main」: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>（Native method）
  • 緣由：一樣是本地方法內存分配失敗，只不過是JNI或者本地方法或者Java虛擬機發現。

 

參考連接：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/38348646

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NDY5Mjc1Mg==&mid=2247483949&idx=1&sn=8b69d833bbc805e63d5b2fa7c73655f5&chksm=ebf6da52dc815344add64af6fb78fee439c8c27b539b3c0e87d8f6861c8422144d516ae0a837&scene=21#wechat_redirect