JVM GC 那些事（一）- JVM 运行时内存划分

对于经常使用 Spark 的人来说，如何设置 driver 或 executor 的内存大小，如何尽量减少 GC 相信不会陌生。要做好这两点，除了 Spark 知识的掌握外，还需要对 JVM 内存及 GC 机制有一定了解。本着能写出更好的 Spark Application 代码及让 Spark Application 更好的运行的目的，最近我进行了相应的学习，并希望以博客的形式记录，这是第一篇，来说明 JVM 运行时内存是如何划分的。

JVM 运行时内存划分如上图所示，其中橙色区域为线程私有的，包括：虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器；蓝色区域为线程共享的，包括：堆区、方法区。下面进行一一介绍

• 程序计数器
  • 是一块比较小的内存区域
  • 用来记录当前线程执行到的字节码行号
  • 由于只是用来记录行号，所以不存在内存溢出情况，是 JVM 内存区域中唯一一个没有定义 OutOfMemoryError 的区域
  • 每个线程都需要一个程序计数器用来记录执行哪行字节码，所以程序计数器是线程私有的
• 虚拟机栈
  • 每个方法调用时，线程都要为该方法创建一个栈帧，主要用来保存该函数的返回值、局部变量表（用于存放方法参数和方法内部定义的局部变量）动态连接、操作数栈（保存数据类型）等
  • 当方法被调用时，栈帧在虚拟机栈中入栈，当方法执行完成时，栈帧出栈
  • 一个线程中的方法调用可能会很长，很多方法处于执行状态。在线程中，只有虚拟机栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，该栈帧所关联的方法称为当前方法
  • 虚拟机栈中，定义了两种异常：
    • StackoverflowError：当线程调用的栈深度大于虚拟机允许的最大深度
    • OutOfMemoryError：线程一只申请栈，直到内存不足（多数 Java 虚拟机允许动态扩展虚拟机栈的大小）
  • 每个线程都对应一个虚拟机栈，因此虚拟机栈也是线程私有的
• 本地方法栈
  • 在作用、运行机制、异常类型方面都与虚拟机栈相同，唯一的区别：虚拟机栈是执行 Java 方法的，而本地方法是用来执行 native 方法的（naive 是与 C/C++ 联合开发的时候使用的，使用 naive 关键字说明这个方法是 C/C++ 实现的，并且被编译成 dll，由 java 区调用）
  • 在很多虚拟机中，会将虚拟机栈和本地方法栈放在一起
  • 每个线程都有各自的本地方法栈，所以本地方法栈也是线程私有的
• 堆区
  • 在 JVM 所管理的内存区域中，堆区是最大的一块，也是 Java GC 的 “主战场”
  • 堆区由所有线程共享，在虚拟机启动时创建
  • 堆区的存在是为了存储对象实例，绝大部分对象都在堆区上分配内存
  • 堆区内存需要在逻辑上是连续的，不要求在物理上是连续的
  • 堆的实现上，可以是固定大小的，也可以是可扩展的，目前主流的虚拟机都是可扩展的
  • 如果在执行垃圾回收后，堆区中仍没有足够的内存分配，也不能再扩展，将会抛出 OutOfMemoryError: Java heap space 异常
• 方法区
  • 在 Java 虚拟机规范中，将方法区作为堆的一个逻辑部分来对待，但事实上，方法区并不是堆
  • 在 HotSpot（JDK 默认虚拟机实现） 中，将方法区当做永久代
  • 方法区是各个线程共享的区域，用于存储全局变量、静态变量、常量、加载的类信息（包括版本、方法、接口等）等
  • 方法区在物理上也不要求是连续的，可以选择固定大小或可扩展大小
  • 可以设置方法区是否进行垃圾回收
  • 当内存不足时，方法区会抛出 OutOfMemoryError: PermGen space 异常

参考

• http://www.cnblogs.com/zhguang/p/3257367.html
• http://blog.csdn.net/xtayfjpk/article/details/41924283

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