深刻理解java虛擬機學習筆記（一）JVM內存模型

        上週末搬家後，家裏的寬帶一直沒弄好，跟電信客服反映了N遍了終於約了個師傅明天早上來遷移寬帶，能夠結束一個多星期沒網的痛苦日子了。這段時間也是各類忙，都一個星期沒更新博客了，再不寫以前那種狀態和激情都要慢慢褪去了，總以爲內心慌的一逼，這怎麼行呢？！趁明天週末，在公司電腦上記錄下這周的一些學習內容。近期在看一本很經典的java書籍：《深刻理解java虛擬機 第二版》，幾年前也翻過，但那時候功力不夠，不太能看懂就沒看了。如今回過頭來看，發現確實寫的很好，不少知識點都能理解了，並且講的也頗有深度，收穫頗多。後期計劃按照這本書的內容寫出一系列博客，來深刻學習和複習下java虛擬機相關的知識。

       1、JVM內存模型概述

              JVM內存模型其實也挺簡單的，這裏先提2個知識點：

                    一、組成：java堆，java棧（即虛擬機棧），本地方法棧，方法區和程序計數器。

                    二、是否共享：其中方法區和堆區是線程共享的，虛擬機棧，本地方法棧和程序計數器是線程私有的，也稱線程隔離的，每一個區域存儲不一樣的內容。這2個知識點必須牢記，是掌握JVM內存模型的基礎。

                           

       2、程序計數器

              JVM中的程序計數器是一塊很小的內存區域，可是這塊內存區域挺有意思的。主要特性有3個：

              一、存儲內容：對於java普通方法（即沒用native關鍵字修飾的方法），存儲的是執行過程當中當前指令的地址，而對於native方法，這裏是空的（undefined），爲啥呢？由於調用本地方法的時候可能已經超出了JVM虛擬機的內存地址了。

              二、線程私有的：爲何程序計數器是線程私有的？根據存儲內容也好理解，假如是線程共享的，那多個線程執行的時候，都不知道本身當前線程執行的地址是哪一個了，有的線程快，有的線程慢，快的執行完就進入下一步，等慢的線程執行完回來發現本身的地址都變了，豈不亂套？

              三、是JVM中惟一不會報內存溢出（OutOfMemoryError）的區域。

       3、虛擬機棧

              虛擬機棧主要存儲的是一個個棧幀，每一個棧幀中存儲的是局部變量表，操做數棧，動態連接和方法出口信息等。其中局部變量表中存儲的是方法中定義的一些局部變量，對象的引用，參數，和方法的返回地址等。局部變量表所佔用的空間大小在編譯期就能肯定，在方法運行的時候，並不會改變局部變量表的空間大小，這結合局部變量表存儲的內容就很好理解。操做數棧能夠理解爲對當前操做的數據入出棧，對於64位長度的long和double類型，每一個操做數佔用2個字寬（slot），其餘類型的操做數佔用一個字寬（slot）。每一個方法調用時都會建立一個棧幀，執行的過程對應的就是一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。有關棧幀的內容能夠參考一個網友寫的一篇博客：https://blog.csdn.net/xtayfjpk/article/details/41924283，講的很好很詳細。這裏放個棧幀的圖，看了一目瞭然。

            

           關於虛擬機棧內存溢出有2種狀況：

           一、線程請求的棧深度 超過了虛擬機容許的深度，會拋出StackOverflowError，因此當咱們在代碼中看到這個異常時，就應該想到多是虛擬機棧出了問題。

           二、若是虛擬機棧能夠動態擴展（當前大部分JVM均可以動態擴展，不過JVM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。

       4、本地方法棧

           這塊知識點比較簡單，本地方法棧和虛擬機棧的功能相似，只不過是爲JVM調用native方法時服務的，並且JVM對本地方法使用的語言（好比Java調用C語言實現的功能，就須要定義native方法來實現）、使用方式和數據結構都沒有強制規定，所以不一樣的虛擬機能夠自由實現。並且HotSpot虛擬機直接把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。與虛擬機棧相似，本地方法棧也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError。

       5、方法區

           方法區是一個比較重要的區域，java虛擬機規範中把方法區描述爲堆的一個邏輯部分，可是爲了和Heap（堆區）對應，也稱Non-Heap（非堆區）。主要存儲的是靜態變量，常量（包括運行時常量），類的加載信息和java編譯後的代碼。這部分空間不須要連續，能夠選擇固定大小和可擴展，一般在這部分是沒有GC的，由於GC回收的都是些靜態變量，常量和類的加載信息，這些對象回收效果一般不盡人意，所以能夠選擇不實現垃圾回收。這塊區域也稱爲持久代，當這塊內存不足時，也會報OutOfMemoryError異常。

       6、堆區

         Java堆區是JVM內存中最胖的一塊區域，由於這裏存儲的都是對象的實例和數組對象。這塊區域是線程共享的，在JVM啓動時就會建立，想一想若是這麼大的空間是線程私有的，那內存不得爆掉嗎？按照java虛擬機規範，堆區的內容能夠物理上不連續，只要邏輯上連續便可，在實現時能夠是固定大小的，也能夠是可擴展的，並且一般都是可擴展的，咱們經常使用的內存參數-Xms和-Xmx就是用來調節堆大小的。java堆區按生命週期不一樣，分爲新生代和老年代。新生代又能夠細分爲Eden和Survivor區，而Survivor又能夠細分爲Survivor1和Survivor2，這二者一般只使用其中一塊，另外一塊用來GC時保留存活的對象。大部分的new出來的對象都是存放在Eden區，若是是大對象，好比一個很大的數組或者List對象，能夠經過JVM參數-XX:PretenureSizeThreshold將超過指定大小的對象直接存入到老年代，須要注意的是，寫程序時應該儘可能避免朝生夕死的大對象進入老年代，由於相比年輕代的GC，老年代GC的成本更大。Eden和Survivor的默認大小比值的8:1:1，新生代默認的GC算法是複製算法。老年代的默認GC算法是標記整理法。關於這2種GC算法，會在下篇博客講解。

當堆中沒有足夠內存時，會拋出OutOfMemoryError異常。關於堆區的內存模型，能夠參考下面的圖片：