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1、JVM內存模型
根據jvm規範，jvm內存共分爲虛擬機棧、堆、方法區、程序計算器、本地方法棧五個部分。java
一、虛擬機棧程序員
每一個線程都有一個私有的棧，隨着線程的建立而建立。棧裏面粗糙你這的是一種叫作「棧幀」的東西，每一個方法會建立一個棧幀，棧幀中存放了局部變量（基本數據類型和對象引用）、操做數棧、方法出口等信息。棧的大小能夠固定也能夠動態擴展。當棧調用深度大於jvm所容許的範圍，會拋出StackOverflowError的錯誤，不過這個深度範圍不是一個恆定的值，下面的程序能夠測試一下這個結果：數組
棧溢出測試源碼：jvm
package com.paddx.test.memory; public class StackErrorMock { private static int index = 1; public void call(){ index++; call(); } public static void main(String[] args) { StackErrorMock mock = new StackErrorMock(); try { mock.call(); }catch (Throwable e){ System.out.println("Stack deep : "+index); e.printStackTrace(); } } }
代碼段1jsp
運行三次，能夠看出每次棧的深度都是不同的，輸出結果以下：性能
至於紅色框裏的值是怎麼出來的，就須要深刻到jvm的源碼中才能探討，這裏不做詳細闡述。測試
虛擬機棧除了上述錯誤外，還有另外一種錯誤，那就是當申請不到空間時，會拋出OutOfMemoryError。這理由一個小細節須要注意，catch捕獲的是Threowable，而不是Exception。由於StackOverflowError和OutOfMemoryError都不屬於Exception的子類url
二、本地方法棧spa
這部分主要與虛擬機用到的native方法有關，通常狀況下，Java應用程序員並不須要關心這部分的內容
三、PC寄存器
也叫作程序計數器。jvm支持多個線程同時運行，每一個線程都有本身的程序計數器。假若當前執行的是JVM的方法，則該寄存器中保存當前執行指令的地址；假若執行的是native方法，則pc寄存器中爲空
四、堆
堆內存是jvm全部線程共享的部分，在虛擬機啓動的時候就已經建立。全部的對象和數組都在堆上進行分配。這部分空間可經過GC進行回收。當申請不到空間時會拋出OutOfMemoryError。下面咱們簡單的模擬一個堆內存溢出的狀況：
package com.paddx.test.memory; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class HeapOomMock { public static void main(String[] args) { List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>(); int i = 0; boolean flag = true; while (flag){ try { i++; list.add(new byte[1024 * 1024]);//每次增長一個1M大小的數組對象 }catch (Throwable e){ e.printStackTrace(); flag = false; System.out.println("count="+i);//記錄運行的次數 } } } }
代碼段2
運行上述代碼，輸出結果以下：
注意，這裏指定了堆內存的大小爲16M，因此這個地方顯示的count=14（這個數字不是固定的），至於爲何會是14或其餘數字，須要根據GC日誌來判斷，具體緣由會在下篇文章中給你們解釋
五、方法區
方法區也是全部線程共享。主要用於存儲類的信息、常量池、方法數據、方法代碼等。方法區邏輯上屬於堆的一部分，可是爲了與堆進行區分，一般又叫「非堆」。關於方法區內存溢出的問題會在下文中詳細探討
2、PermGen（永久代）
絕大部分java程序員應該都見過「java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space」這個異常。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。最典型的場景就是，在jsp頁面比較多的狀況，容易出現永久代內存溢出。咱們如今經過動態生成類來模擬「PermGen space」的內存溢出：
package com.paddx.test.memory; public class Test { }
代碼段3
package com.paddx.test.memory; import java.io.File; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class PermGenOomMock{ public static void main(String[] args) { URL url = null; List<ClassLoader> classLoaderList = new ArrayList<ClassLoader>(); try { url = new File("/tmp").toURI().toURL(); URL[] urls = {url}; while (true){ ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls); classLoaderList.add(loader); loader.loadClass("com.paddx.test.memory.Test"); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
代碼段4
運行結果以下：
本例中使用的JDk版本是1.7，指定的PermGen區的大小爲8M。經過每次生成不一樣URLClassLoader對象來加載Test類，從而生成不一樣的類對象，這樣就能看到咱們熟悉的「java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space」異常了。這裏之因此此阿勇JDk1.7，是由於在JDK1.8中，HotSpot已經沒有「PermGen space」這個區間了，取而代之的是一個叫作Metaspace（元空間）的東西。下面咱們就來看看Metaspace與PermGen space的區別
3、Metaspace（元空間）
其實，溢出永久代的工做從JDK1.7就開始了。JDK1.7中，存儲在永久代的部分數據就已經轉移到了Java Heap或者Native Heap。但永久代仍存在於JDK1.7中，並無徹底移除，譬如符號引用（Symbols）轉移到了native heap；字面量（interned strings）轉移到了java heap；類的靜態變量（class statics）轉移到了java heap。咱們能夠經過一段程序來比較jdk1.6與jdk1.7及jdk1.8的區別，以字符串常量爲例：
package com.paddx.test.memory; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class StringOomMock { static String base = "string"; public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); for (int i=0;i< Integer.MAX_VALUE;i++){ String str = base + base; base = str; list.add(str.intern()); } } }
這段程序以2的指數級不斷的生成新的字符串，這樣能夠比較快速的消耗內存。經過jdk1.六、jdk1.7和jdk1.8分別運行
jdk1.6的運行結果：
jdk1.7的運行結果：
jdk1.8的運行結果：
從上述結果能夠看出，jdk1.6下，會出現「PermGen space」的內存溢出，而在JDK1.7和jdk1.8中，會出現堆內存溢出，而且jdk1.8中PermSize和MaxPermGen已經無效。所以，能夠大體驗證jdk1.7和1.8將字符串常量由永久代轉移到堆中，而且jdk1.8中已經不存在永久代的結論。如今咱們看看元空間究竟是一個什麼東西？
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最大的區別在於：元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存。所以默認狀況下，元空間的大小僅受本地內存的限制，但能夠經過如下參數來指定元空間的大小：
-XX:MetaspaceSize，初始化空間大小，達到改值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對改值進行調整：若是釋放了大量的空間，就適當下降該值；若是釋放了不多的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize時，適當提升該值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，默認是沒有限制的。
除了上面兩個指定大小的選項之外，還有兩個與GC相關的屬性：
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在gc以後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減小爲分配空間所致使的垃圾收集
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在gc以後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減小爲釋放空間所致使的垃圾收集
如今咱們在JDK8下從新運行一下代碼段4，不過此次再也不指定PermSize和MaxPermSize。而是指定MetaSpaceSize和MaxMetaSpaceSize的大小。輸出結果以下：
從輸出結果能夠看書，此次再也不出現永久代溢出，而是出現了元空間溢出。
4、總結
經過上面分析，你們應該大體瞭解了JVM的內存劃分，也清楚了JDK8中永久代向元空間的轉換。不過你們應該都有一個疑問，就是爲何要作這個轉換？因此，最後給你們總結如下幾點緣由：
一、字符串存在永久代中，容易出現性能問題和內存溢出
二、類及方法的信息等比較肯定其大小，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，太大容易致使老年代溢出
三、永久代會爲GC帶來沒必要要的複雜度，而且回收效率偏低
四、Oracle可能會將HotSpot與JRockit合二爲一