JVM(4)—运行时数据区

运行时数据区的组成

线程私有

程序计数器：存储线程的执行位置。
虚拟机栈：存储Java方法调用与执行过程的数据。
本地方法栈：存储本地方法的执行数据。

线程共享

堆：主要存储对象。
方法区：存储描述类/方法/字段等定义数据。
运行时常量区：保存常量数据。

程序计数器

记录当前线程所即将执行的字节码指令行号（即将要执行哪一行字节码指令）。
每一个线程拥有自己的计数器。
执行native本地方法时，程序计数器值为空。
占用内存极少，不会出现OOM（Out Of Memory Error）。
多线程时，CPU时间片切换后，程序计数器可以告诉CPU当前程序执行到了什么位置。

虚拟机栈

每一个栈帧对应了一个方法，每次方法调用都会产生对应的栈帧。
虚拟机栈生命周期与线程相同，所有方法执行完后，虚拟机栈就被销毁了，线程也结束了。
线程私有。
不会被垃圾回收。
栈深度（栈帧的数量，3个栈帧栈深度就是3）有限制。1.5后默认每一个线程的栈空间为1mb，之前256k。-Xss数值决定了栈的内存大小，决定栈的最大深度。
栈设置了固定大小（推荐）可能会发生 StackOverflowError：达到上限。

栈可以动态扩展可能会发生 OutOfMemoryError：可用内存不足。

栈帧的组成

局部变量表：局部变量
操作数栈：保存中间计算的临时结果
动态链接：将符号引用转为直接引用
返回地址：存放调用方法的程序计数器的值

局部变量表

按定义顺序存储方法的参数与方法内的局部变量。
线程私有，方法调用被创建，方法退出时销毁。
编译期间长度已经确定，局部变量元数据存储在字节码中。
是栈帧中最主要的存储空间，决定了栈的深度。
存储局部变量的单位为Slot（变量槽）。构造方法和实例方法中，0号槽位默认是this，指向当前类的实例。静态方法中没有this关键字。
32位以内的类型（int/float/char/引用类型...）占1个Slot，64位类型（long/double）占2个Slot。

（Start PC：字节码指令起始行号，给局部变量分配槽。Length：字节码指令作用了x行，释放槽）

槽复用：将原本空闲出来的槽复用给新来的局部变量，来缩小局部变量表的尺寸。

操作数栈

字节码指令在执行过程中的中间计算结果存储在操作数栈中。

push压入操作数栈、store_1将操作数栈栈顶数值存入局部变量表的1号槽中、load_1读取局部变量表1号槽中的值压入操作数栈、add将操作数栈栈顶与第二个的值取出相加放入操作数栈栈顶、return将操作数栈栈顶数值取出返回。

64位数据类型占2个操作数栈空间。

动态链接

将保存在字节码中的符号引用转为运行时内存的直接引用。内存指针，指向方法区中方法的元数据。

方法返回地址

保存该方法调用者的程序计数器的值，用于方法执行后后续执行。

本地方法栈

native本地方法

native本地方法就是Java调用非Java代码的接口。

定义native本地方法时，不需要提供方法的实现。

native本地方法可以调用其他语言接口实现对操作系统更底层的操作。

native本地方法栈

HotSpot将本地方法栈与虚拟机栈合二为一。

堆

存放运行时实例化的对象实例。new 出来的对象。
JVM启动时就创建，堆内存也被分配。是JVM内存主要占用区域。
线程共享。堆内存在物理上可以分散，在逻辑上连续。
堆中包含线程私有的缓冲区（TLAB）用于提高JVM的并发处理效率。

JDK1.8 堆结构

新生代：用来存放新生的对象，该区域对象会被频繁GC。
老年代：新生代中的稳定对象放入老年代，该区域不会特别频繁GC。
元空间：内存的永久保存区域，主要存放类、方法的描述信息（元数据），几乎不GC。

设置堆的参数

设置堆空间大小参数

-Xms 设置堆空间（新生代+老年代）的初始内存大小。
-Xmx 设置堆空间（新生代+老年代）的最大内存大小。

默认堆空间大小

初始内存大小：物理电脑内存大小 / 64
最大内存大小：物理电脑内存大小 / 4

新生代与老年代的占用比例

新生代占用1/3内存。
老年代占用2/3内存。

手动设置堆空间

-Xms1g -Xmx1g
建议将初始堆内存与最大堆内存设为相同的值。
建议Xms与Xmx的值为老年代FillGC后存活对象的3-4倍。
-XX:+PrintGCDetails

对象分配

绝大数刚创建的对象会存入新生代的Eden伊甸园区。
Eden伊甸园区与S0/S1的内存比例为 8:1:1 。

Eden满时，会对年轻代进行垃圾回收，称为MinorGC。MinorGC的执行过程（复制交换算法）：

扫描Eden、From、To区域所有对象。
在Eden区中如果对象可达（有引用），就给此对象添加个age=1的属性，将此对象复制到To区。
在From区中如果对象可达，就给此对象age的值加1，将此对象复制到To区。
清空Eden区与From区所有对象，From区变To区，To区变From区。
当n次MinorGC后，对象的age超过了15（阈值），对象会从From区晋升到老年区。

MinorGC/FullGC/MajorGC

任何GC都会出发STW（Stop The World，全局停顿）。
MinorGC只针对年轻代回收，执行效率高。
FullGC，全堆回收，针对年轻代、老年代、方法区全面收集，执行效率低下，会导致系统长时间停滞，减少FullGC次数是JVM优化重点。
MajorGC，只针对老年代回收，CMS垃圾收集器才会存在MajorGC。

GC日志分析

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 8192K->1000K(9216K)] 8192K->6792K(60416K), 0.0027928 secs] [Times: user=0.06 sys=0.03, real=0.00 secs] 

// GC : 不加类型默认为MinorGC
// (Allocation Failure) : 产生GC的原因，Eden空间分配不足
// PSYoungGen : GC的范围是年轻代
// 8192K->1000K(9216K) : GC前年轻代占用的空间->GC后年轻代占用的空间(年轻代总空间)，MinorGC后只有To区域有对象。
// 8192K->6792K(60416K) : GC前堆占用的空间->GC后堆占用的空间(堆总空间)
//  0.0027928 secs : 本次GC使用时间

为什么年轻代总空间是9216K，而不是10240K?

答：年轻代组成是1个Eden和2个Survivor，只一个Survivor存放对象，所以总空间为Eden空间8192+1个Survivor空间1024=9216.

方法区

线程共享，物理上可以分散存储，逻辑为整体的内存区域。
保存了类加载信息、类信息（包含字段、方法）、即时编译器编译后的代码缓存、常量、静态变量（1.6版本以前）
方法区只是个概念，具体实现看JVM的不同的厂商。HotSpot的方法区实现为永久代(1.7版本)，元空间(1.8版本)。

永久代与元空间的区别

规范说明方法区是堆的逻辑部分，但实现与堆内存无关，称为“非堆”。
永久代是jdk7和之前版本的方法区实现。
- 特点：占用JVM内存保存数据，-XX:MaxPermSize有上限，加载的类太多会容易内存溢出，与其他JVM实现不一致。
元空间是jdk8之后的方法区实现。
- 特点：使用本地内存保存数据，最大为可用物理内存，与其他JVM实现一致。