java 内存分布

JVM内存模型如何分配的

一、JVM内存模型的划分

由于我们生产环境使用的虚拟机HotSpot 居多，所以下面的描述都是基于HotSpot 虚拟机而言的，对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 可能并不太一样

JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存

 

根据虚拟机规范，JVM的内存分为 堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、本地方法栈5部分

1.1 虚拟机栈

  1. 每个线程有一个私有的栈，随着线程的创建而创建。栈里面存着的是一种叫“栈帧”的东西，每个方法会创建一个栈帧，栈帧中存放了局部变量表（基本数据类型和对象引用）、操作数栈、方法出口等信息。栈的大小可以固定也可以动态扩展。当栈调用深度大于JVM所允许的范围，会抛出StackOverflowError的错误
  2. 虚拟机栈的特点
    1. 局部变量表随着栈帧的创建而创建，它的大小在编译时确定，创建时只需分配事先规定的大小即可。在方法运行过程中，局部变量表的大小不会发生改变
    2. Java 虚拟机栈也是线程私有，随着线程创建而创建，随着线程的结束而销毁
    3. Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError （若 Java 虚拟机栈的大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度时，抛出 StackOverFlowError 异常）和 OutOfMemoryError（若允许动态扩展，那么当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展时，抛出 OutOfMemoryError 异常）

1.2 本地方法栈

  1. 本地方法栈是为 JVM 运行 Native 方法准备的空间，由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的，所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。本地方法被执行时，在本地方法栈也会创建一块栈帧，用于存放该方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息等。方法执行结束后，相应的栈帧也会出栈，并释放内存空间。也会抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常。

1.3 PC 寄存器计数器

  1. PC 寄存器，也叫程序计数器。JVM支持多个线程同时运行，每个线程都有自己的程序计数器。倘若当前执行的是 JVM 的方法，则该寄存器中保存当前执行指令的地址；倘若执行的是native 方法，则PC寄存器中为空

1.4 堆

  1. 堆内存是 JVM 所有线程共享的部分，在虚拟机启动的时候就已经创建。所有的对象和数组都在堆上进行分配。这部分空间可通过 GC 进行回收。当申请不到空间时会抛出 OutOfMemoryError
  2. 堆的特点：
    • 线程共享，整个 Java 虚拟机只有一个堆，所有的线程都访问同一个堆。而程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈都是一个线程对应一个
    • 在虚拟机启动时创建
    • 垃圾回收的主要场所
    • 可分为：新生代(Eden区 From Survior To Survivor)、老年代

1.5 方法区

  1. Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分。
  2. 方法区也是所有线程共享。主要用于存储已经被虚拟机加载的类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，但是为了与堆进行区分，通常又叫 非堆 。需要注意的是，方法区只是规范上面的一个逻辑概念，并不是真实的物理存储的命名

直接内存（堆外内存）

  1. 直接内存是除 Java 虚拟机之外的内存，但也可能被 Java 使用，直接内存的大小不受 Java 虚拟机控制，但既然是内存，当内存不足时就会抛出 OutOfMemoryError 异常
  2. 直接内存与堆内存比较：
    • 直接内存申请空间耗费更高的性能
    • 直接内存读取 IO 的性能要优于普通的堆内存

 

 

二、针对JDK6、JDK7、JDK8三个版本的JVM内存模型调整说明？JVM8为什么要增加元空间 ?

2.1 对永久代PermGen的说明

  • 永久代是方法区在hotspot的一个具体实现。通过在运行时数据区域开辟空间实现方法区。
  • hotspot jdk7 之前的永久代，比较完整
  • 从jdk7以后方法区就“四分五裂了”，不再是在单一的一个去区域内进行存储
  • 在jdk8，移除了永久代，被Metsspace取代了，且Metsspace不在JVM堆内，放入了本地内存，元空间也就成了方法区的主要存放位置

绝大部分 Java 程序员应该都见过 *java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space * 这个异常

这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范，而后者则是 JVM 规范的一种实现，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而对于其他类型的虚拟机，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并没有“PermGen space”。由于方法区主要存储类的相关信息，所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是，在 jsp 页面比较多的情况，容易出现永久代内存溢出

 

持久代

持久代中包含了虚拟机中所有可通过反射获取到的数据，比如Class和Method对象。不同的Java虚拟机之间可能会进行类共享，因此持久代又分为只读区和读写区。

JVM用于描述应用程序中用到的类和方法的元数据也存储在持久代中。JVM运行时会用到多少持久代的空间取决于应用程序用到了多少类。除此之外，Java SE库中的类和方法也都存储在这里。

如果JVM发现有的类已经不再需要了，它会去回收（卸载）这些类，将它们的空间释放出来给其它类使用。Full GC会进行持久代的回收。

JVM中类的元数据在Java堆中的存储区域。

Java类对应的HotSpot虚拟机中的内部表示也存储在这里。

类的层级信息，字段，名字。 方法的编译信息及字节码。

变量 常量池和符号解析

 

持久代的大小

它的上限是MaxPermSize，默认是64M

Java堆中的连续区域 : 如果存储在非连续的堆空间中的话，要定位出持久代到新对象的引用非常复杂并且耗时。

卡表（card table），是一种记忆集（Remembered Set），它用来记录某个内存代中普通对象指针（oops）的修改。 持久代用完后，会抛出OutOfMemoryError "PermGen space"异常。

解决方案：应用程序清理引用来触发类卸载；增加MaxPermSize的大小。

需要多大的持久代空间取决于类的数量，方法的大小，以及常量池的大小。

 

为什么移除持久代 ？

1、它的大小是在启动时固定好的——很难进行调优。-XX:MaxPermSize，设置成多少好呢？

2、HotSpot的内部类型也是Java对象：它可能会在Full GC中被移动，同时它对应用不透明，且是非强类型的，难以跟踪调试，还需要存储元数据的元数据信息（meta-metadata）。

3、简化Full GC：每一个回收器有专门的元数据迭代器。

4、可以在GC不进行暂停的情况下并发地释放类数据。

5、使得原来受限于持久代的一些改进未来有可能实现

 

其实，移除永久代的工作从JDK1.7就开始了，JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并没完全移除。

譬如：

  • 符号引用(Symbols)转移到了native heap；
  • 字面量(interned strings)转移到了java heap；
  • 类的静态变量(class statics)转移到了java heap

 

2.2 元空间

持久代的空间被彻底地删除了，它被一个叫元空间的区域所替代了。持久代删除了之后，很明显，JVM会忽略PermSize和MaxPermSize这两个参数，还有就是你再也看不到java.lang.OutOfMemoryError: PermGen error的异常了。原来类的静态变量和Interned Strings 都被转移到了java堆区，

只有class元数据才在元空间。

JDK 8的HotSpot JVM现在使用的是本地内存来表示类的元数据，这个区域就叫做元空间。

对Metaspace元空间的说明

  1. 元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。元空间通过在本地内存区域开辟空间实现方法区。元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存，所以默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小：
1 -XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。
2 -XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。

3 除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性：
4 -XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集
5 -XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集

 

元空间的特点：

  • 充分利用了Java语言规范中的好处：类及相关的元数据的生命周期与类加载器的一致。
  • 每个加载器有专门的存储空间
  • 只进行线性分配
  • 不会单独回收某个类
  • 省掉了GC扫描及压缩的时间
  • 元空间里的对象的位置是固定的
  • 如果GC发现某个类加载器不再存活了，会把相关的空间整个回收掉

 

 

三、JVM内存模型各部分的存储信息

posted @ 2022-02-27 19:40  r1-12king  阅读(219)  评论(0)  编辑  收藏  举报