JVM总结（一）Java内存区域划分

时间：2022-08-17 15:12:16

JVM总结（一）Java内存区域划分

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。

作为一名java程序员，开发的时候，我们常常不用管JVM的具体内容，我们甚至认为系统调优往往是专业的运维团队该做的事情。但在实际的工作过程中，这些工作大部分都是我们苦逼的程序员来做。而要真正做好系统调优工作，JVM的知识必不可少！

为了方便记忆和查找，我将自己阅读的《深入理解Java虚拟机》和相关博客做一个系统的总结，并写成博客分享给大家。

JVM内存划分

要弄清楚JVM自动内存的管理机制，首先就要弄清楚JVM的内存划分。JVM在执行Java程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域。
JVM总结（一）Java内存区域划分

一.程序计数器（PC寄存器）

  1. 程序计数器是一块较小的内存，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。简单来说就是当前线程的程序执行顺序依赖这个程序计数器。
  2. 每个线程都需要一个独立的程序计数器，各个线程之间的计数器互不影响，独立存储。
  3. 目前这块不会涉及到调优。

二.Java虚拟机栈（Stack）

  1. 与程序计数器一样也是线程私有（各个线程之间的计数器互不影响，独立存储）的，它的生命周期和线程相同。
  2. 简单理解，就是一个线程在执行的时候，这个虚拟机栈用来存放该线程的局部变量，方法返回值的基本数据类型和引用（这是比较浅显的理解，真正的栈帧包含了局部变量表、操作数栈、动态链接等内容，但我们重点关注的是局部变量表）。
  3. 局部变量表所需的内存空间在编译时期完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
  4. 该区域抛出的常见异常是*Error,也就是我们说的栈溢出。实际上这个溢出的原因就是因为当前线程请求的栈的深度大于了JVM所允许的深度。而这个是我们可以调优的一个模块。（栈的深度通俗理解：方法内调用方法所嵌入的深度，最常见的如递归调用。）

三.本地方法栈

  1. 本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务（也就是字节码），而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。
  2. Java虚拟机规范对本地方法栈使用的语言、使用方法与数据结构并没有强制规定，因此可以由虚拟机*实现。
  3. 目前这块不会涉及到调优。

四.Java堆

  1. JVM所管理内存最大的一块，被所有的线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
  2. Java堆的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。（之所以这么说是因为后面会给大家新的分配方式，涉及到逃逸分析与标量替换）
  3. Java堆是垃圾回收器管理的主要区域，它可以继续细分。Java堆可以细分为：新生代、老生代；新生代又可以分为Eden、From Survivor、To Survivor区域。Eden区又有一小块线程私有的区域，称作TLAB；
    不论如何划分，都与存放的内容无关，无论哪个区域，存储的仍然是对象实例。
  4. 如果在堆上没有内存完成实例分配，并且堆上也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
  5. 请记住它，它是我们JVM调优的重点。

五.方法区

  1. 和Java一样，被所有的线程共享的一块内存区域。
  2. 它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  3. 方法区是否包含常量池？
    包含，但是注意：JDK1.7中JVM把String常量区从方法区中移除了；JDK1.8中JVM把String常量池移入了堆中。
  4. 方法区调优？
    JDK1.7之前是可以的那时的方法区又叫永久代，JDK1.8之后永久代最终被移除，方法区移至Metaspace。所以其实可是可以调整的，但不是重点。主要是处理异常：OutOfMemoryError：PermGen

六.Native Memory

  1. 这块内存在图中没有体现，但是在实际的JVM中，是不可或缺的一块。
  2. Native Memory没有相应的参数来控制大小，其大小依赖于操作系统进程的最大值。
  3. Native Memory存放的信息有：
    管理java heap的状态数据（用于GC）;
    JNI调用，也就是Native Stack;
    JIT（即使编译器）编译时使用Native Memory，并且JIT的输入和输出也都是保存在Native Memory；
    NIO direct buffer。

小结：

JVM根据线程是否私有划分如下：
私有
- 程序计数器：记录当前线程所执行字节码的行号指示器
- 虚拟机栈：存放了当前线程调用方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回值等信息（可以理解为线程的栈）
- 本地方法栈：为虚拟机使用的Native方法提供服务，后多与JVM Stack合并为一起
共享
- Java堆：占据了虚拟机管理内存中最大的一块，唯一目的就是存放对象实例（与引用是两个概念），也是垃圾回收器主要管理的地方，故又称GC堆。
- 方法区：存储加载的类信息、常量区、静态变量、JIT（即时编译器）处理后的数据等，类的信息包含类的版本、字段、方法、接口等信息。需要注意是常量池就在方法区中，也是我们这次需要关注的地方。

深入理解JVM（1） : Java内存区域划分
JVM-String常量池与运行时常量池
JVM的Heap Memory和Native Memory
JVM7、8详解及优化

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