淺談JVM - 內存結構（一）- java7 到 java8 內存結構的變化

回顧java程序執行流程

如上圖所示，首先Java源代碼文件(.java後綴)會被Java編譯器編譯爲字節碼文件(.class後綴)，而後由JVM中的類加載器加載各個類的字節碼文件，加載完畢以後，交由JVM執行引擎執行。在整個程序執行過程當中，JVM會用一段空間來存儲程序執行期間須要用到的數據和相關信息，這段空間通常被稱做爲Runtime Data Area（運行時數據區），也就是咱們常說的JVM內存。所以，在Java中咱們經常說到的內存管理就是針對這段空間進行管理（如何分配和回收內存空間）。

根據 JVM 規範，JVM 內存共分爲虛擬機棧、堆、方法區、程序計數器、本地方法棧五個部分。

名稱	特徵	做用	配置參數	異常
程序計數器	佔用內存小，線程私有，生命週期與線程相同	大體爲字節碼行號指示器	無	無
虛擬機棧	線程私有，生命週期與線程相同，使用連續的內存空間	Java 方法執行的內存模型，存儲局部變量表、操做棧、動態連接、方法出口等信息	-Xss	StackOverflowError/OutOfMemoryError
堆	線程共享，生命週期與虛擬機相同，能夠不使用連續的內存地址	保存對象實例，全部對象實例（包括數組）都要在堆上分配	-Xms -Xsx -Xmn	OutOfMemoryError
方法區	線程共享，生命週期與虛擬機相同，能夠不使用連續的內存地址	存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據	-XX:PermSize:16M -XX:MaxPermSize64M / -XX:MetaspaceSize=16M - XX:MaxMetaspaceSize=64M	OutOfMemoryError
本地方法棧	線程私有	爲虛擬機使用到的 Native 方法服務	無	StackOverflowError/OutOfMemoryError

Hotspot Java7和Java8內存結構差別

Java7的內存結構

Java8的內存結構

Java7和Java8內存結構的不一樣主要體如今方法區的實現

方法區是java虛擬機規範中定義的一種概念上的區域，不一樣的廠商能夠對虛擬機進行不一樣的實現。

咱們一般使用的Java SE都是由Sun JDK和OpenJDK所提供，這也是應用最普遍的版本。而該版本使用的VM就是HotSpot VM。一般狀況下，咱們所講的java虛擬機指的就是HotSpot的版本。

PermGen(永久代)

• Java7及之前版本的Hotspot中方法區位於永久代中。同時，永久代和堆是相互隔離的，但它們使用的物理內存是連續的，永久代的垃圾收集是和老年代捆綁在一塊兒的，所以不管誰滿了，都會觸發永久代和老年代的垃圾收集。

• Java7中永久代中存儲的部分數據已經開始轉移到Java Heap或Native Memory中了。好比，符號引用(Symbols)轉移到了Native Memory；字符串常量池(interned strings)轉移到了Java Heap；類的靜態變量(class statics)轉移到了Java Heap。

• 絕大部分Java程序員應該都見過java.lang.OutOfMemoryError: PremGen space異常。這裏的PermGen space其實指的就是方法區。不過方法區和PermGen space又有着本質的區別。前者是JVM的規範，然後者則是JVM規範的一種實現，而且只有HotSpot纔有PermGen space，而對於其餘類型的虛擬機，如JRockit(Oracle)、J9(IBM)並無PermGen space。因爲方法區主要存儲類的相關信息，因此對於動態生成類的狀況比較容易出現永久代的內存溢出。而且JDK 1.8中永久代的參數PermSize和MaxPermSize已經失效。

Metaspace(元空間)

• 對於Java8，HotSpot取消了永久代，那麼是否是就沒有方法區了呢？固然不是，方法區只是一個規範，只不過它的實現變了。

• 在Java8中，元空間(Metaspace)登上舞臺，方法區存在於元空間(Metaspace)。同時，元空間再也不與堆連續，並且是存在於本地內存（Native memory）。

• JDK1.7後對JVM架構進行了改造，將類元數據放到本地內存中，另外，將字符串常量池和靜態變量放到Java堆裏。HotSpot VM將會爲類的元數據明確分配和釋放本地內存。在這種架構下，類元信息就突破了原來 -XX:MaxPermSize的限制，如今可使用更多的本地內存。這樣就從必定程度上解決了原來在運行時生成大量類形成常常Full GC問題，如運行時使用反射、代理等。因此升級之後Java堆空間可能會增長。

• 元空間的本質和永久代相似，都是對JVM規範中方法區的實現。不過元空間與永久代之間的最大區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。本地內存（Native memory），也稱爲C-Heap，是供JVM自身進程使用的。當Java Heap空間不足時會觸發GC，但Native memory空間不夠卻不會觸發GC。默認狀況下元空間是能夠無限使用本地內存的，但爲了避免讓它如此膨脹，JVM一樣提供了參數來限制它使用的使用。

  • -XX:MetaspaceSize，class metadata的初始空間配額，以bytes爲單位，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：若是釋放了大量的空間，就適當的下降該值；若是釋放了不多的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize（若是設置了的話），適當的提升該值。

  • -XX：MaxMetaspaceSize，能夠爲class metadata分配的最大空間。默認是沒有限制的。

  • -XX：MinMetaspaceFreeRatio,在GC以後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減小爲class metadata分配空間致使的垃圾收集。

  • -XX:MaxMetaspaceFreeRatio,在GC以後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減小爲class metadata釋放空間致使的垃圾收集。

因此對於方法區，Java8以後的變化

• 移除了永久代（PermGen），替換爲元空間（Metaspace）

• 永久代中的class metadata（類元信息）轉移到了native memory（本地內存，而不是虛擬機）

• 永久代中的interned Strings（字符串常量池） 和 class static variables（類靜態變量）轉移到了Java heap

• 永久代參數（PermSize MaxPermSize）-> 元空間參數（MetaspaceSize MaxMetaspaceSize）

Java8爲何要將永久代替換成Metaspace？

• 字符串存在永久代中，容易出現性能問題和內存溢出。

• 類及方法的信息等比較難肯定其大小，所以對於永久代的大小指定比較困 難，過小容易出現永久代溢出，太大則容易致使老年代溢出。

• 永久代會爲 GC 帶來沒必要要的複雜度，而且回收效率偏低。

• Oracle 可能會將HotSpot 與 JRockit 合二爲一，JRockit沒有所謂的永久代。

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