JVM

JAVA运行时数据区域

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1.程序计数器
程序计数器（Program Counter Register） 是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条执行字节码指令。

每条线程都有一个独立的程序计数器。

如果执行的是java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址。如果是native方法，计数器为空。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.Java虚拟机栈
同样是线程私有，描述Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。一个方法对应一个栈帧。

局部变量表存放了各种基本类型、对象引用和returnAddress类型（指向了一条字节码指令地址）。其中64位长度long 和 double占两个局部变量空间，其他只占一个。

规定的异常情况有两种：1.线程请求的栈的深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；2.如果虚拟机可以动态扩展，如果扩展时无法申请到足够的内存，就抛出OutOfMemoryError异常。

3.本地方法栈
和Java虚拟机栈很类似，不同的是本地方法栈为Native方法服务。

4.Java堆
是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。由所有线程共享，在虚拟机启动时创建。堆区唯一目的就是存放对象实例。

堆中可细分为新生代和老年代，再细分可分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

堆无法扩展时，抛出OutOfMemoryError异常

5.方法区
所有线程共享，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。

当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError

6.运行时常量池
它是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项是常量池（Const Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。并非预置入Class文件中常量池的内容才进入方法运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。

当方法区无法满足内存分配需求时，抛出OutOfMemoryError

7.直接内存
并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。

JDK1.4加入了NIO，引入一种基于通道与缓冲区的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，提高了性能。

当各个内存区域总和大于物理内存限制，抛出OutOfMemoryError异常。

内存调优

堆内存划分：新生代（young generation）里存储着新分配的和较年轻的对象，老年代（old generation）里存储着长寿的对象。在此之外，永久代（permanent generation）存储着那些需要伴随整个JVM生命周期的对象，比如，已加载的对象的类定义或者String对象内部Cache。

-Xms and -Xmx (or: -XX:InitialHeapSize and -XX:MaxHeapSize)

-Xms和-Xmx可以说是最流行的JVM参数，它们可以允许我们指定JVM的初始和最大堆内存大小。一般来说，这两个参数的数值单位是Byte，举个例子，下面的命令启动了一个初始化堆内存为128M，最大堆内存为2G，名叫“MyApp”的Java应用程序。

java -Xms128m -Xmx2g MyApp

-Xms和-Xmx实际上是-XX:InitialHeapSize和-XX:MaxHeapSize的缩写。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError and -XX:HeapDumpPath

如果我们没法为-Xmx（最大堆内存）设置一个合适的大小，那么就有可能面临内存溢出（OutOfMemoryError）的风险，这可能是我们使用JVM时面临的最可怕的猛兽之一。就同另外一篇关于这个主题的博文说的一样，导致内存溢出的根本原因需要仔细的定位。通常来说，分析堆内存快照（Heap Dump）是一个很好的定位手段，如果发生内存溢出时没有生成内存快照那就实在是太糟了，特别是对于那种JVM已经崩溃或者错误只出现在顺利运行了数小时甚至数天的生产系统上的情况。

-XX:OnOutOfMemoryError

当内存溢发生时，我们甚至可以可以执行一些指令，比如发个E-mail通知管理员或者执行一些清理工作。

$ java -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/heapdump.hprof -XX:OnOutOfMemoryError ="sh ~/cleanup.sh" MyApp

-XX:PermSize and -XX:MaxPermSize

永久代在堆内存中是一块独立的区域，它包含了所有JVM加载的类的对象表示。为了成功运行应用程序，JVM会加载很多类（因为它们依赖于大量的第三方库，而这又依赖于更多的库并且需要从里面将类加载进来）这就需要增加永久代的大小。我们可以使用-XX:PermSize 和-XX:MaxPermSize 来达到这个目的。其中-XX:MaxPermSize 用于设置永久代大小的最大值，-XX:PermSize 用于设置永久代初始大小。下面是一个简单的例子：

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$ java -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=256m MyApp

-XX:InitialCodeCacheSize and -XX:ReservedCodeCacheSize

JVM一个有趣的，但往往被忽视的内存区域是“代码缓存”，它是用来存储已编译方法生成的本地代码。如果代码缓存被占满，JVM会打印出一条警告消息，并切换到interpreted-only 模式：JIT编译器被停用，字节码将不再会被编译成机器码。因此，应用程序将继续运行，但运行速度会降低一个数量级，直到有人注意到这个问题。