JVM 运⾏时数据区

JVM运⾏时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和Java内存模型（(JavaMemoryModel，简称JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下5⼤部分组成：

1. 堆（线程共享）

堆的作⽤：程序中创建的所有对象都在保存在堆中。

我们常⻅的JVM参数设置-Xms10m最⼩启动内存是针对堆的，-Xmx10m最⼤运⾏内存也是针对堆的。

ms是memorystart简称，mx是memorymax的简称。

堆⾥⾯分为两个区域：新⽣代和⽼⽣代，新⽣代放新建的对象，当经过⼀定GC次数之后还存活的对象会放⼊⽼⽣代。新⽣代还有3个区域：⼀个Endn+两个Survivor（S0/S1）。

垃圾回收的时候会将Endn中存活的对象放到⼀个未使⽤的Survivor中，并把当前的Endn和正在使⽤的Survivor清楚掉。

2. Java虚拟机栈（线程私有）

Java虚拟机栈的作⽤：Java虚拟机栈的⽣命周期和线程相同，Java虚拟机栈描述的是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（StackFrame）⽤于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、⽅法出⼝等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。

Java虚拟机栈中包含了以下 4 部分：

局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型(8⼤基本数据类型)、对象引⽤。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进⼊⼀个⽅法时，这个⽅法需要在帧中分配多⼤的局部变量空间是完全确定的，在执⾏期间不会改变局部变量表⼤⼩。简单来说就是存放⽅法参数和局部变量。
操作栈：每个⽅法会⽣成⼀个先进后出的操作栈。
动态链接：指向运⾏时常量池的⽅法引⽤。
⽅法返回地址：PC寄存器的地址。

什么是线程私有?

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执⾏时间的⽅式来实现，因此在任何⼀个确定的时刻，⼀个处理器(多核处理器则指的是⼀个内核)都只会执⾏⼀条线程中的指令。因此为了切换线程后能恢复到正确的执⾏位置，每条线程都需要独⽴的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独⽴存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

3. 本地⽅法栈（线程私有）

本地⽅法栈和虚拟机栈类似，只不过Java虚拟机栈是给JVM使⽤的，⽽本地⽅法栈是给本地⽅法使⽤的。

4. 程序计数器（线程私有）

程序计数器的作⽤：⽤来记录当前线程执⾏的⾏号的。

程序计数器是⼀块⽐较⼩的内存空间，可以看做是当前线程所执⾏的字节码的⾏号指⽰器。

如果当前线程正在执⾏的是⼀个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的地址；如果正在执⾏的是⼀个Native⽅法，这个计数器值为空。

程序计数器内存区域是唯⼀⼀个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！

5. ⽅法区（线程共享）

⽅法区的作⽤：⽤来存储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的。

在《Java虚拟机规范中》把此区域称之为"⽅法区"，⽽在HotSpot虚拟机的实现中，在JDK7时此区域叫做永久代（PermGen），JDK8中叫做元空间（Metaspace）。

永久代（PermGen）和元空间（Metaspace）是HotSpot中对《Java虚拟机规范》中⽅法区的实现，它们三者之间的关系就好⽐，对于⼀辆汽⻋来说它定义了⼀个部分叫做"动能提供装置"，但对于不同的汽⻋有不同的实现技术，⽐如对于燃油⻋来说，它的"动能提供装置"的实现技术就是汽油发动机（简称发动机），⽽对于电动汽⻋来说，它的"动能提供装置"的实现就是电动发动机（简称电机），发动机和电机就相当于永久代和元空间⼀样，它是对于"制动器"也就是⽅法区定义的实现。

JDK1.8元空间的变化

对于HotSpot来说，JDK8元空间的内存属于本地内存，这样元空间的⼤⼩就不在受JVM最⼤内存的参数影响了，⽽是与本地内存的⼤⼩有关。
JDK8中将字符串常量池移动到了堆中。

运⾏时常量池

运⾏时常量池是⽅法区的⼀部分，存放字⾯量与符号引⽤。

字⾯量:字符串(JDK8移动到堆中)、final常量、基本数据类型的值。

符号引⽤:类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、⽅法的名称和描述符。

6. 内存布局中的异常问题

①Java堆溢出

Java堆⽤于存储对象实例，只要不断的创建对象，并且保证GCRoots到对象之间有可达路径来避免来 GC清除这些对象，那么在对象数量达到最⼤堆容量后就会产⽣内存溢出异常。

上节中已经讲到了，可以设置JVM参数-Xms:设置堆的最⼩值、-Xmx:设置堆最⼤值。下⾯我们来看⼀个Java堆OOM的测试，测试以下代码之前先设置Idea的启动参数，如

PS：JVM参数为:-Xmx20m-Xms20m-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

Java堆内存的OOM异常是实际应⽤中最常⻅的内存溢出情况。当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError"会进⼀步提⽰"Javaheapspace"。当出现"Javaheapspace"则很明确的告知我们，OOM发⽣在堆上。

此时要对Dump出来的⽂件进⾏分析，以MAT为例。分析问题的产⽣到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(MemoryOverflow)

内存泄漏:泄漏对象⽆法被GC

内存溢出:内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相⽐较检查是否还应该把JVM 堆内存调⼤；或者检查对象的⽣命周期是否过⻓。

以上是我们处理Java堆内存的简单⽅法，处理具体这类问题需要的⼯具以及知识我们放到下⾯第四⼩节具体来说。

②虚拟机栈和本地⽅法栈溢出

由于我们HotSpot虚拟机将虚拟机栈与本地⽅法栈合⼆为⼀，因此对于HotSpot来说，栈容量只需要由-Xss参数来设置。

关于虚拟机栈会产⽣的两种异常:

• 如果线程请求的栈深度⼤于虚拟机所允许的最⼤深度，会抛出StackOverFlow异常

• 如果虚拟机在拓展栈时⽆法申请到⾜够的内存空间，则会抛出OOM异常