深入理解Java虚拟机-第2章-JVM内存模型

本章主要是学习下JVM的内存模型，书中有一点讲的非常好：Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的高墙，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。

一、前言

对于使用c和c++等程序开发的开发人员来说，内存的申请与释放的控制权在开发人员手中，这种最高的控制权既有好处也有坏处，

好处是开发人员可以明确控制和度量内存的使用，内存的使用对开发人员是不透明的，是感知的。
不好的一方面是对程序员的要求较高，需要时刻注意内存的申请与释放，不及时的释放容易造成内存泄漏。

Java虚拟机提供了内存的管理机制，管理这内存的申请与释放的时机，内存的使用对程序员是透明的，程序员不用担心内存泄漏问题（除非程序有问题，存在内存申请不释放的问题），极大了解放了开发人员的精力，让开发人员有更多的精力和时间去做其他的事情。
作为一个开发人员，要想更好的了解程序的运行机制，写出优雅的代码，同时在出现内存方面的问题时，能够快速定位问题，需要熟练了解JVM内存的管理机制。

二、内存模型

Java虚拟机在程序运行的过程中会讲内存分为几个区域，分别是：堆、方法区、程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈。基本内存分布情况如下所示：

在这里插入图片描述

接下来我们将对各个模块进行介绍说明

2.1 堆

堆是存放对象实例和数组的区域，是JVM虚拟集管理的一大块内存，有如下特点：

所有线程共享的区域。
在虚拟机启动的时候创建的，可以通过-Xmx和-Xms控制堆的大小，-Xms表示初始化堆大小，-Xmx是堆的最大值。一般为了防止堆来回伸缩向操作系统分配内存，提高性能，可以将-Xms和-Xmx设置同样大小。
一般理解对象实例都是放到堆上，但是随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的成熟，栈上分配、标量替换优化技术，有些对象会分配到栈上。也可能分配到线程拥有的TLAB上，TLAB（Thread Local Allocation Buffer）是线程私有的内存区域，可以有效的减少内存竞争引发的性能损耗。可以通过-XX:+UseTLAB设置是否启用TLAB。默认是开启的。
GC堆，就是Garbage Collected Heap.
堆中划分为Eden、From Survivor和To Survivor三个区域，比例为8:1:1。不同的区域采用的垃圾收集算法不同。
堆的空间可以是不连续的，只要逻辑上是连续的。
内存不够时会抛出OutMemoryError的异常。

2.2 方法区

方法区是JVM虚拟机模型规定的一块区域：持久代，比如在Hotspot虚拟机上，将持久代和方法区等价的，方法区主要是存储加载的Class信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。是各个线程共享的区域。-XX:PermSize设置永久代初始大小。-XX:MaxPermSize设置永久代最大可分配空间。超过最大值出现内存溢出问题。
在JDK1.7开始，方法区的常量池已经挪到堆中，方法区被拆成几部分，class类型些放到了直接内存metasapce中。metaspace是没有内存上限的，可以使用-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize设置元空间初始大小以及最大可分配大小。只受限于物理内存大小。
这个区域只要是常量池的回收和对类型的卸载，一般只有Full GC的时候会触发。对应一个64位的服务端JVM来说，其默认的-XX:MetaspaceSize值为21MB，这就是初始的高水位线，一旦元空间的大小触及这个高水位线，就会触发Full GC并会卸载没有用的类，然后高水位线的值将会被重置。如果初始化的高水位线设置过低，会频繁的触发Full GC，高水位线会被多次调整。所以为了避免频繁GC以及调整高水位线，建议将-XX:MetaspaceSize设置为较高的值，而-XX:MaxMetaspaceSize不进行设置。

运行时常量池是方法区的一部分，常量池存储编译期生成的各种字面量和符号引用。运行期间产生的新的常量也可以放到常量池中。

2.3 虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程执行过程中需要的资源，是线程私有的。每个方法的执行对应着虚拟机栈的栈帧的进入进出。栈帧中用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。
局部变量表中保存了基本类型、对象引用和returnAddress信息。
超出堆栈大小抛出StackOverFlowError异常。

2.4 本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈有着类似的结构，是应用调用本地方法（Native 方法）使用的堆栈。有些虚拟机将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

2.5 程序计数器

程序计数器是线程私有的，是记录线程执行的指令地址，线程在使用完cpu时间片的时候，当重新分配到时间片恢复现场时，需要程序计数器指定恢复的现场，程序计数器是整个JVM区域唯一没有溢出的区域。