JVM 内存管理

1、Java Virtual Machine

JVM 全称 Java Virtual Machine，也就是我们耳熟能详的 Java 虚拟机。它能识别 .class后缀的文件，并且能够解析它的指令，最终调用操作系统上的函数，完成我们想要的操作。

Java 程序不一样，使用 javac 编译成 .class 文件之后，还需要使用 Java 命令去主动执行它，操作系统并不认识这些 .class 文件。所以JVM就是一个翻译。

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2、Java从编译到运行

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3、JVM的跨平台与语言无关性

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4、运行时数据区域

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5、JAVA方法运行的内存区域

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6、程序计数器

指向当前线程正在执行的字节码指令的地址

• 较小的内存空间，当前线程执行的字节码的行号指示器；各线程之间独立存储，互不影响。
• 程序计数器是一块很小的内存空间，主要用来记录各个线程执行的字节码的地址，例如，分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于计数器。
• 由于 Java 是多线程语言，当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令。
  程序计数器也是JVM中唯一不会OOM(OutOfMemory)的内存区域

7、虚拟机栈

• 栈是什么样的数据结构？先进后出(FILO)的数据结构，

• 虚拟机栈在JVM运行过程中存储当前线程运行方法所需的数据，指令、返回地址。

• Java 虚拟机栈是基于线程的。哪怕你只有一个 main() 方法，也是以线程的方式运行的。在线程的生命周期中，参与计算的数据会频繁地入栈和出栈，栈的生命周期是和线程一样的。

• 栈里的每条数据，就是栈帧。在每个 Java 方法被调用的时候，都会创建一个栈帧，并入栈。一旦完成相应的调用，则出栈。所有的栈帧都出栈后，线程也就结束了。

• 每个栈帧，都包含四个区域：(局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址)

• 栈的大小缺省为1M，可用参数 –Xss调整大小，例如-Xss256k

• 局部变量表:顾名思义就是局部变量的表，用于存放我们的局部变量的。首先它是一个32位的长度，主要存放我们的Java的八大基础数据类型，一般32位就可以存放下，如果是64位的就使用高低位占用两个也可以存放下，如果是局部的一些对象，比如我们的Object对象，我们只需要存放它的一个引用地址即可。

• 操作数据栈：存放我们方法执行的操作数的，它就是一个栈，先进后出的栈结构，操作数栈，就是用来操作的，操作的的元素可以是任意的java数据类型，所以我们知道一个方法刚刚开始的时候，这个方法的操作数栈就是空的，操作数栈运行方法就是JVM一直运行入栈/出栈的操作
• 动态连接:Java语言特性多态（需要类运行时才能确定具体的方法）。

• 返回地址:正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）、异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）

  
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8、本地方法栈

• 本地方法栈跟 Java 虚拟机栈的功能类似，Java 虚拟机栈用于管理 Java 函数的调用，而本地方法栈则用于管理本地方法的调用。但本地方法并不是用 Java 实现的，而是由 C 语言实现的。

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9、线程共享的区域

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10、方法区/永久代

• 很多开发者都习惯将方法区称为“永久代”，其实这两者并不是等价的。
• 方法区主要是用来存放已被虚拟机加载的类相关信息，包括类信息、静态变量、常量、运行时常量池、字符串常量池。
• 方法区与堆空间类似，也是一个共享内存区，所以方法区是线程共享的。假如两个线程都试图访问方法区中的同一个类信息，而这个类还没有装入 JVM，那么此时就只允许一个线程去加载它，另一个线程必须等待。在 HotSpot 虚拟机、Java7 版本中已经将永久代的静态变量和运行时常量池转移到了堆中，其余部分则存储在 JVM 的非堆内存中，而 Java8 版本已经将方法区中实现的永久代去掉了，并用元空间（class metadata）代替了之前的永久代，并且元空间的存储位置是本地

元空间大小参数：

• jdk1.7及以前（初始和最大值）：-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize；
• jdk1.8以后（初始和最大值）：-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize
• jdk1.8以后大小就只受本机总内存的限制（如果不设置参数的话）

11、堆

• 堆是 JVM 上最大的内存区域，我们申请的几乎所有的对象，都是在这里存储的。我们常说的垃圾回收，操作的对象就是堆。
• 堆空间一般是程序启动时，就申请了，但是并不一定会全部使用。
• 随着对象的频繁创建，堆空间占用的越来越多，就需要不定期的对不再使用的对象进行回收。这个在 Java 中，就叫作 GC（Garbage Collection）。
• 那一个对象创建的时候，到底是在堆上分配，还是在栈上分配呢？这和两个方面有关：对象的类型和在 Java 类中存在的位置。
• Java 的对象可以分为基本数据类型和普通对象。
• 对于普通对象来说，JVM 会首先在堆上创建对象，然后在其他地方使用的其实是它的引用。比如，把这个引用保存在虚拟机栈的局部变量表中。
• 对于基本数据类型来说（byte、short、int、long、float、double、char)，有两种情况。当你在方法体内声明了基本数据类型的对象，它就会在栈上直接分配。其他情况，都是在堆上分配。

堆大小参数：
-Xms：堆的最小值；
-Xmx：堆的最大值；
-Xmn：新生代的大小；
-XX:NewSize；新生代最小值；
-XX:MaxNewSize：新生代最大值；
例如- Xmx256m

12、直接内存

• 不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存区域；如果使用了NIO,这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作；
• 这块内存不受java堆大小限制，但受本机总内存的限制，可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常。

13、深入辨析堆和栈

功能

• 以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及对象的引用变量，其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放；
• 而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中；
  线程独享还是共享
• 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存。
• 堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。
  空间大小
• 栈的内存要远远小于堆内存

14、栈溢出

• OutOfMemoryError：不断建立线程，JVM申请栈内存，机器没有足够的内存。（一般演示不出，演示出来机器也死了）

15、堆溢出

• 内存溢出：申请内存空间,超出最大堆内存空间。
• 如果是内存溢出，则通过 调大 -Xms，-Xmx参数。
• 如果不是内存泄漏，就是说内存中的对象却是都是必须存活的，那么久应该检查JVM的堆参数设置，与机器的内存对比，看是否还有可以调整的空间，再从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况，尽量减少程序运行时的内存消耗。

16、方法区溢出

（1）运行时常量池溢出
（2）方法区中保存的Class对象没有被及时回收掉或者Class信息占用的内存超过了我们配置。

注意Class要被回收，条件比较苛刻（仅仅是可以，不代表必然，因为还有一些参数可以进行控制）：

1、 该类所有的实例都已经被回收，也就是堆中不存在该类的任何实例。

2、 加载该类的ClassLoader已经被回收。

3、 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

17、 本机直接内存溢出

• 直接内存的容量可以通过MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常；
• 由直接内存导致的内存溢出，一个比较明显的特征是在HeapDump文件中不会看见有什么明显的异常情况，如果发生了OOM，同时Dump文件很小，可以考虑重点排查下直接内存方面的原因。