Java虛擬機—Java8內(nèi)存模型

1.概述

? ? ? ?對于Java程序員來說，在虛擬機自動內(nèi)存管理機制的幫助下，不再需要手動釋放內(nèi)存，不容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露和內(nèi)存溢出問題。一旦出現(xiàn)內(nèi)存泄露和溢出方面的問題，如果不了解虛擬機是怎樣使用內(nèi)存的，排查錯誤將會異常艱難。

2. 運行時數(shù)據(jù)區(qū)域

? ? ? ?Java虛擬機在執(zhí)行Java程序的過程中會把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷毀的時間，有的區(qū)域隨著虛擬機進程的啟動而存在，有些區(qū)域則依賴用戶線程的啟動和結束而建立和銷毀。Java虛擬機hotspot所管理的內(nèi)存包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)域，如圖所示：

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?2.1 程序計數(shù)器

? ? ? ?程序計數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當前線程所執(zhí)行的Java字節(jié)碼的行號指示器。
? ? 每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為“線程私有”的內(nèi)存。

?2.2 Java虛擬機棧

　　與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

　　局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對象引用（reference類型，它不等同于對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。

?2.3 本地方法棧

　　本地方法棧（Native Method Stack）與虛擬機棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，它們之間的區(qū)別不過是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的Native方法服務。

　　參數(shù)設置：

-Xss 設置每個線程的棧大小。JDK1.5+ 每個線程棧大小為1M，一般來說如果棧不是很深的話，1M是絕對夠用的啦。
　　參數(shù)含義解析：

以-X開頭的參數(shù)是和實現(xiàn)有關的，第一個s表示stack，第二個s表示size；
　　注意：

　　　　在相同物理內(nèi)存下，減小這個值能生成更多的線程。但是操作系統(tǒng)對一個進程內(nèi)的線程數(shù)還是有限制的，不能無限生成，經(jīng)驗值在3000~5000左右。

?2.4 Java堆

　　對于大多數(shù)應用來說，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存。

　　Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時候也被稱做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。

　　根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤空間一樣。在實現(xiàn)時，既可以實現(xiàn)成固定大小的，也可以是擴展的，不過當前主流的虛擬機都是按照可擴展來實現(xiàn)的（通過-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再擴展時，將會拋出OutOfMemoryError異常。

　　參數(shù)設置：

-Xms 設置堆的最小空間大小；通常為操作系統(tǒng)可用內(nèi)存的1/64大小即可。
-Xmx 設置堆的最大空間大小；通常為操作系統(tǒng)可用內(nèi)存的1/4大小。
-Xmn 設置新生代大小，是對-XX：newSize、-XX：MaxnewSize兩個參數(shù)的同時配置，這個參數(shù)是在JDK1.4版本以后出現(xiàn)的；通常為Xmx的1/3或1/4。新生代 = Eden + 2個Survivor空間。實際可用空間 = Eden + 1個Survivor，即90%。
-XX：NewSize 設置新生代最小空間大小；
-XX：MaxNewSize 設置新生代最大空間大小；
-XX：NewRatio 新生代與老年代的比例，如-XX：NewRatio=2，則新生代占整個堆空間的1/3，老年代占2/3。
-XX：SurvivorRatio 新生代中 Eden 與 Survivor的比值。默認值為 8 。即Eden占新生代空間的8/10，另外兩個Survivor各占1/10。

?2.5 方法區(qū)（永久代）

　　方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，即存放靜態(tài)文件，如Java類、方法等。

　　根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，將拋出OutOfMemoryError異常。

　　　運行時常量池和靜態(tài)變量都存儲到了堆中，MetaSpace存儲類的元數(shù)據(jù)，MetaSpace直接在本地內(nèi)存中（Native memory），這樣類的元數(shù)據(jù)分配只受本地內(nèi)存大小的限制，OOM問題就不存在了。

　　?參數(shù)設置：

-XX：PermSize設置永久代最小空間大小；
-XX：MaxPermSize設置永久代最大空間大小；

2.5.1 運行時常量池
　　運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進入方法區(qū)的運行時常量池中存放。

　　既然運行時常量池是方法區(qū)的一部分，自然受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當常量池無法再申請到內(nèi)存時會拋出OutOfMemoryError異常。

2.6 直接內(nèi)存（堆外內(nèi)存）

　　直接內(nèi)存（Direct Memory），也叫堆外內(nèi)存，它并不是虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，而是Java虛擬機的堆以外的內(nèi)存，直接受操作系統(tǒng)管理。

　　在JDK1.4中新加入了NIO（New Input/Output）類，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個存儲在Java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作。

?　　參數(shù)設置：可以通過 -XX：MaxDirectMemorySize參數(shù)來設置最大可用直接內(nèi)存，如果Java虛擬機啟動時未設置則默認為最大堆內(nèi)存大小，即與 -Xmx相同。即假如最大堆內(nèi)存為1G，則默認直接內(nèi)存也為1G，那么JVM最大需要的內(nèi)存大小為2G多一些。當直接內(nèi)存達到最大限制時就會觸發(fā)GC，如果回收失敗則會引起OutOfMemoryError。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java虚拟机内存模型初步学习的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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