JVM運(yùn)行時內(nèi)存結(jié)構(gòu)

1、1.JVM內(nèi)存模型JVM運(yùn)行時內(nèi)存=共享內(nèi)存區(qū)+線程內(nèi)存區(qū)1).共享內(nèi)存區(qū)共享內(nèi)存區(qū)=持久帶+堆持久帶=方法區(qū)+其他堆=Old Space+Young SpaceYoung Space=Eden+S0+S1(1)持久帶JVM用持久帶（Permanent Space）實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，主要存放所有已加載的類信息，方法信息，常量池等等?？赏ㄟ^-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來指定持久帶初始化值和最大值。Permanent Space并不等同于方法區(qū)，只不過是Hotspot JVM用Permanent Space來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已，有些虛擬機(jī)沒有Permanent Space而用其他

2、機(jī)制來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)。（2）堆堆，主要用來存放類的對象實(shí)例信息。堆分為Old Space（又名，Tenured Generation）和Young Space。Old Space主要存放應(yīng)用程序中生命周期長的存活對象；Eden(伊甸園)主要存放新生的對象；S0和S1是兩個大小相同的內(nèi)存區(qū)域，主要存放每次垃圾回收后Eden存活的對象，作為對象從Eden過渡到Old Space的緩沖地帶（S是指英文單詞Survivor Space）。堆之所以要劃分區(qū)間，是為了方便對象創(chuàng)建和垃圾回收，后面垃圾回收部分會解釋。2).線程內(nèi)存區(qū)線程內(nèi)存區(qū)=單個線程內(nèi)存+單個線程內(nèi)存+.單個線程內(nèi)存=PC Regster+J

3、VM棧+本地方法棧JVM棧=棧幀+棧幀+.棧幀=局域變量區(qū)+操作數(shù)區(qū)+幀數(shù)據(jù)區(qū)在Java中，一個線程會對應(yīng)一個JVM棧(JVM Stack)，JVM棧里記錄了線程的運(yùn)行狀態(tài)。JVM棧以棧幀為單位組成，一個棧幀代表一個方法調(diào)用。棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)、操作數(shù)棧、幀數(shù)據(jù)區(qū)。（1）局部變量區(qū)局部變量區(qū)，可以理解為一個以數(shù)組形式進(jìn)行管理的內(nèi)存區(qū)，從0開始計數(shù)，每個局部變量的空間是32位的，即4字節(jié)?；绢愋蚥yte、char、short、boolean、int、float及對象引用等占一個局部變量空間，類型為short、byte和char的值在存入數(shù)組前要被轉(zhuǎn)換成int值；long、double

4、占兩個局部變量空間，在訪問long和double類型的局部變量時，只需要取第一個變量空間的索引即可,。例如：?1234567public static int runClassMethod(int i,long l,float f,double d,Object o,byte b)        return 0;        

5、0;         public int runInstanceMethod(char c,double d,short s,boolean b)        return 0;   對應(yīng)的局域變量區(qū)是：runInstanceMethod的局部變量區(qū)第一項(xiàng)是個reference（引用），它指定的就是對象本身的引用，也就是我們

6、常用的this,但是在runClassMethod方法中，沒這個引用，那是因?yàn)閞unClassMethod是個靜態(tài)方法。（2）操作數(shù)棧操作數(shù)棧和局部變量區(qū)一樣，也被組織成一個以字長為單位的數(shù)組。但和前者不同的是，它不是通過索引來訪問的，而是通過入棧和出棧來訪問的。操作數(shù)棧是臨時數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域。例如：?123int a= 100;int b =5;int c = a+b;對應(yīng)的操作數(shù)棧變化為：從圖中可以得出：操作數(shù)棧其實(shí)就是個臨時數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，它是通過入棧和出棧來進(jìn)行操作的。PS：JVM實(shí)現(xiàn)里，有一種基于棧的指令集(Hotsp

7、ot，oracle JVM)，還有一種基于寄存器的指令集(DalvikVM，安卓 JVM)，兩者有什么區(qū)別的呢？基于棧的指令集有接入簡單、硬件無關(guān)性、代碼緊湊、棧上分配無需考慮物理的空間分配等優(yōu)勢，但是由于相同的操作需要更多的出入棧操作，因此消耗的內(nèi)存更大。 而基于寄存器的指令集最大的好處就是指令少，速度快，但是操作相對繁瑣。示例：?1234567891011121314package com.demo3; public class Test      public static

8、60;void foo()         int a = 1;        int b = 2;        int c = (a + b) * 5;    

9、60;    public static void main(String args)         foo();    基于棧的Hotspot的執(zhí)行過程如下：基于寄存器的DalvikVM執(zhí)行過程如下所示：上述兩種方式最終通過JVM執(zhí)行引擎，CPU接收到的匯編指令是：（3）幀數(shù)據(jù)區(qū) 幀數(shù)據(jù)區(qū)存放了指向常量池的指針地址，當(dāng)某些指令需要獲得常量池的數(shù)據(jù)時，通過幀數(shù)據(jù)區(qū)中的指針地址

10、來訪問常量池的數(shù)據(jù)。此外，幀數(shù)據(jù)區(qū)還存放方法正常返回和異常終止需要的一些數(shù)據(jù)。2.垃圾回收機(jī)制1)、為什么要垃圾回收J(rèn)VM自動檢測和釋放不再使用的內(nèi)存，提高內(nèi)存利用率。 Java 運(yùn)行時JVM會執(zhí)行 GC，這樣程序員不再需要顯式釋放對象。 2）、回收哪些內(nèi)存區(qū)域因?yàn)榫€程內(nèi)存區(qū)隨著線程的產(chǎn)生和退出而分配和回收，所以垃圾回收主要集中在共享內(nèi)存區(qū)，也就是持久帶（Permanent Space）和堆（Heap）。3）、如何判斷對象已死 (對象標(biāo)記)（1）引用計數(shù)法引用計數(shù)法就是通過一個計數(shù)器記錄該對象被引用的次數(shù)，方法簡單高效，但是解決不了循環(huán)引用的問題。比如對象A包含指向?qū)ο驜的

11、引用，對象B也包含指向?qū)ο驛的引用，但沒有引用指向A和B，這時當(dāng)前回收如果采用的是引用計數(shù)法，那么對象A和B的被引用次數(shù)都為1，都不會被回收。JVM不是采用這種方法。（2） 根搜索（可達(dá)性分析算法）根搜索（可達(dá)性分析算法）可以解決對象循環(huán)引用的問題，基本原理是：通過一個叫“GC ROOT”根對象作為起點(diǎn)，然后根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，向下節(jié)點(diǎn)搜索，搜索路徑叫引用鏈，也就是常說的引用。從“GC ROOT”根對象找不到任何一條路徑與之相連的對象，就被判定可以回收，相當(dāng)于這對象找不到家的感覺。示例圖：GC會收集那些不是GC root且沒有被GC root引用的對象。一個對象可以屬于多個GC root。

12、GC root有幾下種：· 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象· 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象· 方法區(qū)中常量引用的對象· 本地方法棧中JNI（native方法）引用的對象· 用于JVM特殊目的對象，例如系統(tǒng)類加載器等等雖然有可達(dá)性分析算法來判定對象狀態(tài)，但這并不是對象是否被回收的條件，對象回收的條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這個復(fù)雜。無法通過GC ROOT關(guān)聯(lián)到的對象，不都是立刻被回收。如果這個對象沒有被關(guān)聯(lián)到，而且沒有被mark2標(biāo)記，那么會進(jìn)入一個死緩的階段，被第一次標(biāo)記(mark1),然后被放入一個F-Queue隊列；如果這個對象被mark2標(biāo)記了

13、，那么這個對象將會被回收。F-Queue隊列由一個優(yōu)先級較低的Finalizer線程去執(zhí)行，其中的mark1對象等待執(zhí)行自己的finalize()方法(JVM并不保證等待finalize()方法運(yùn)行結(jié)束，因?yàn)閒inalize() 方法或者執(zhí)行慢，或者死循環(huán)，會影響該隊列其他元素執(zhí)行)。執(zhí)行mark1對象的finalize()方法，就會進(jìn)行第二次標(biāo)記(mark2)。以后的GC都會按這個邏輯執(zhí)行“搜索，標(biāo)記1，標(biāo)記2”。這一“標(biāo)記”過程是后續(xù)垃圾回收算法的基礎(chǔ)。PS：· 如果在finalize() 方法體內(nèi)，再次對本對象進(jìn)行引用，那么對象就復(fù)活了。· finalize()方法只

14、會被執(zhí)行一次，所以對象只有一次復(fù)活的機(jī)會。3）垃圾回收算法垃圾回收算法主要有三種：· 標(biāo)記-清除· 標(biāo)記-復(fù)制· 標(biāo)記-整理這三種都有“標(biāo)記”過程，這個標(biāo)記過程就是上述的根搜索（可達(dá)性分析算法）。后面的“清除”、“復(fù)制”和“整理”動作，是具體的對象被回收的實(shí)現(xiàn)方式。（1）標(biāo)記-清除通過根搜索（可達(dá)性分析算法）標(biāo)記完成后，直接將標(biāo)記為垃圾的對象所占內(nèi)存空間釋放。這種算法的缺點(diǎn)是內(nèi)存碎片多。雖然缺點(diǎn)明顯，這種策略卻是后兩種策略的基礎(chǔ)。正因?yàn)樗娜秉c(diǎn)，所以促成了后兩種策略的產(chǎn)生。（2）標(biāo)記-復(fù)制通過根搜索（可達(dá)性分析算法）標(biāo)記完成后，將內(nèi)存分為兩塊，將一塊內(nèi)存中保留的對

15、象全部復(fù)制到另一塊空閑內(nèi)存中。這種算法的缺點(diǎn)是，可用內(nèi)存變成了一半。怎么解決這個缺點(diǎn)呢？JVM將堆（heap）分成young區(qū)和old區(qū)。young區(qū)包括eden、s0、s1，并且三個區(qū)之間的大小有一定比例。例如，按8:1:1分成一塊Eden和兩小塊Survivor區(qū)，每次GC時，young區(qū)里，將Eden和S0中存活的對象復(fù)制到另一塊空閑的S1中。young區(qū)的垃圾回收是經(jīng)常要發(fā)生的，被稱為Minor GC（次要回收）。一般情況下，當(dāng)新對象生成，并且在Eden申請空間失敗時，就會觸發(fā)Minor GC，對Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對象，并且把尚且存活的對象移動到Survivor區(qū)。然后整

16、理Survivor的兩個區(qū)。這種方式的GC是對Young space的Eden區(qū)進(jìn)行，不會影響到Old space。因?yàn)榇蟛糠謱ο蠖际菑腅den區(qū)開始的，同時Eden區(qū)不會分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來。Minor GC主要過程：a、新生成的對象在Eden區(qū)完成內(nèi)存分配;b、當(dāng)Eden區(qū)滿了，再創(chuàng)建對象，會因?yàn)樯暾埐坏娇臻g，觸發(fā)minorGC，進(jìn)行young(eden+1survivor)區(qū)的垃圾回收。（為什么是eden+1survivor：兩個survivor中始終有一個survivor是空的，空的那個被標(biāo)

17、記成To Survivor）;c、minorGC時，Eden不能被回收的對象被放入到空的survivor（也就是放到To Survivor，同時Eden肯定會被清空），另一個survivor（From Survivor）里不能被GC回收的對象也會被放入這個survivor（To Survivor），始終保證一個survivor是空的。（MinorGC完成之后，To Survivor 和 From Survivor的標(biāo)記互換）;d、當(dāng)做第3步的時候，如果發(fā)現(xiàn)存放對象的那個survivor滿了，則這些對象被copy到old區(qū)，或者survivor區(qū)沒有滿，但是有些對象已經(jīng)足夠Old（通過XX:Ma

18、xTenuringThreshold參數(shù)來設(shè)置），也被放入Old區(qū)。(對象在Survivor區(qū)中每熬過一次Minor GC，年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為15歲）時，就會晉升到老年代中)（3）標(biāo)記-整理old space也可以標(biāo)記-復(fù)制策略嗎？當(dāng)然不行！young space中的對象大部分都是生命周期較短的對象，每次GC后，所剩下的活對象數(shù)量不是很大。而old space中的對象大部分都是生命周期特別長的對象，即使GC后，仍然會剩下大量的活對象。如果仍然采用復(fù)制動作，回收效率會變得非常低。根據(jù)old space的特點(diǎn)，可以采用整理動作。整理時，先清除掉應(yīng)該清除的對象，然后把存

19、活對象“壓縮”到堆的一端，按順序排放。Old space(+Permanent Space)的垃圾回收是偶爾發(fā)生的，被稱為Full GC（主要回收）。Full GC因?yàn)樾枰獙φ麄€堆進(jìn)行回收，包括Young、Old和Perm，所以比Minor GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對JVM調(diào)優(yōu)的過程中，很大一部分工作就是對于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：· 年老代（Tenured）被寫滿· 持久代（Perm）被寫滿· System.gc()被顯示調(diào)用· 上一次GC之后Heap的各域分配策略動態(tài)變化4)、垃圾收集器垃圾收

20、集算法是內(nèi)存回收的理論基礎(chǔ)，而垃圾收集器就是內(nèi)存回收的具體實(shí)現(xiàn)。堆（Heap）分代被目前大部分JVM所采用。它的核心思想是根據(jù)對象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為old space和Young space，old space的特點(diǎn)是每次垃圾收集時只有少量對象需要被回收，而Young space的特點(diǎn)是每次垃圾回收時都有大量的對象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。目前大部分垃圾收集器對于Young space都采取“標(biāo)記-復(fù)制”算法。而由于Old space的特點(diǎn)是每次回收都只回收少量對象，一般使用的是“標(biāo)記-整理”算法。（1）Youn

21、g Space上的GC實(shí)現(xiàn):Serial(串行)： Serial收集器是最基本最古老的收集器，它是一個單線程收集器，并且在它進(jìn)行垃圾收集時，必須暫停所有用戶線程。Serial收集器是針對新生代的收集器，采用的是“標(biāo)記-復(fù)制”算法。它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單高效，但是缺點(diǎn)是會給用戶帶來停頓。這個收集器類型僅應(yīng)用于單核CPU桌面電腦。使用serial收集器會顯著降低應(yīng)用程序的性能。ParNew(并行)： ParNew收集器是Serial收集器的多線程版本，使用多個線程進(jìn)行垃圾收集。Parallel Scavenge(并行)： Parallel Scavenge收集器是一個新生

22、代的多線程收集器（并行收集器），它在回收期間不需要暫停其他用戶線程，其采用的是“標(biāo)記-復(fù)制”算法，該收集器與前兩個收集器有所不同，它主要是為了達(dá)到一個可控的吞吐量。（2）Old Space上的GC實(shí)現(xiàn):Serial Old(串行)：Serial收集器的Old Space版本,采用的是“標(biāo)記-整理”算法。這個收集器類型僅應(yīng)用于單核CPU桌面電腦。使用serial收集器會顯著降低應(yīng)用程序的性能。Parallel Old(并行)：Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的Old Space版本（并行收集器），使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法。CMS(并發(fā))：CMS（Curre

23、nt Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的收集器，它是一種并發(fā)收集器，采用的是"標(biāo)記-清除"算法。(3).G1G1(Garbage First)收集器是JDK1.7提供的一個新收集器，G1收集器基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)，也就是說不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。還有一個特點(diǎn)之前的收集器進(jìn)行收集的范圍都是整個新生代或老年代，而G1將整個Java堆(包括新生代，老年代)。3.JVM參數(shù)1）.堆-Xmx:最大堆內(nèi)存,如：-Xmx512m-Xms:初始時堆內(nèi)存,如：-Xms256m-XX:MaxNewSize:最大年輕區(qū)內(nèi)存-XX:NewSize:初始時年輕區(qū)內(nèi)存.通

24、常為 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 個 Survivor 空間。實(shí)際可用空間為 = Eden + 1 個 Survivor，即 90%-XX:MaxPermSize:最大持久帶內(nèi)存-XX:PermSize:初始時持久帶內(nèi)存-XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息 -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(rèn)值為 8。即 Eden 占新生代

25、空間的 8/10，另外兩個 Survivor 各占 1/102）.棧-xss:設(shè)置每個線程的堆棧大小. JDK1.5+ 每個線程堆棧大小為 1M，一般來說如果棧不是很深的話， 1M 是絕對夠用了的。3）.垃圾回收4）.JVM  client模式和server模式Java_home/bin/java命令有一個-server和-client參數(shù)，該參數(shù)標(biāo)識了JVM以server模式或client模式啟動。JVM Server模式與client模式啟動，最主要的差別在于：-Server模式啟動時，速度較慢，但是一旦運(yùn)行起來后，性能將會有很大的提升。當(dāng)虛擬機(jī)運(yùn)行在-client模式

26、的時候,使用的是一個代號為C1的輕量級編譯器, 而-server模式啟動的虛擬機(jī)采用相對重量級,代號為C2的編譯器. C2比C1編譯器編譯的相對徹底,服務(wù)起來之后,性能更高。(1)查看當(dāng)前JVM默認(rèn)啟動模式j(luò)ava -version 可以直接查看出默認(rèn)使用的是client還是 server。(2)JVM默認(rèn)啟動模式自動偵測從JDK 5開始，如果沒有顯式地用-client或者-server參數(shù)，那么JVM啟動時，會根據(jù)機(jī)器配置和JDK的版本，自動判斷該用哪種模式。· the definition of a server-class machine is one with at leas

27、t 2 CPUs and at least 2GB of physical memory.· windows平臺，64位版本的JDK，沒有提供-client模式，直接使用server模式。(3).通過配置文件，改變JVM啟動模式兩種模式的切換可以通過更改配置(jvm.cfg配置文件)來實(shí)現(xiàn):32位的JVM配置文件在JAVA_HOME/jre/lib/i386/jvm.cfg,64位的JVM配置文件在JAVA_HOME/jre/lib/amd64/jvm.cfg, 目前64位只支持server模式。例如：32位版本的JDK 5的jvm.cfg文件內(nèi)容：?123456-client

28、60;KNOWN-server KNOWN-hotspot ALIASED_TO -client-classic WARN-native ERROR-green ERROR64位版本的JDK 7的jvm.cfg文件內(nèi)容：?123456-server KNOWN-client IGNORE-hotspot ALIASED_TO -server-classic WARN-native ERROR-green ERROR4.堆 VS 棧JVM棧是運(yùn)行時的單位，而JVM堆是

29、存儲的單位。JVM棧代表了處理邏輯，而JVM堆代表了數(shù)據(jù)。JVM堆中存的是對象。JVM棧中存的是基本數(shù)據(jù)類型和JVM堆中對象的引用。JVM堆是所有線程共享，JVM棧是線程獨(dú)有。PS：Java中的參數(shù)傳遞是傳值呢?還是傳址?我們都知道:C 語言中函數(shù)參數(shù)的傳遞有:值傳遞,地址傳遞,引用傳遞這三種形式。但是在Java里，方法的參數(shù)傳遞方式只有一種：值傳遞。所謂值傳遞，就是將實(shí)際參數(shù)值的副本（復(fù)制品）傳入方法內(nèi)，而參數(shù)本身不會受到任何影響。要說明這個問題，先要明確兩點(diǎn)：1.引用在Java中是一種數(shù)據(jù)類型，跟基本類型int等等同一地位。2.程序運(yùn)行永遠(yuǎn)都是在JVM棧中進(jìn)行的，因而參數(shù)傳遞時，只存在傳遞基本類型和對象引用的問題。不會直接傳對象本身。在運(yùn)行JVM棧中，基本類型和引用的處理是一樣的，都是傳值。如果是傳引用的方法調(diào)用，可以理解為“傳引用值”的傳值調(diào)用，即“引用值”被做了一個復(fù)制品，然后賦值給參數(shù)，引用的處理跟基本類型是完全一樣的。但是當(dāng)進(jìn)入被調(diào)用方法時，被傳遞的這個引用值，被程序解釋(或者查找)到JVM堆中的對象，這個時候才對應(yīng)到真正的對象。如果此時進(jìn)行修改，修改的是引用對應(yīng)的對象，而不是引用本身，即：修改的是JVM堆中的數(shù)據(jù)。所以這個修改是可以保持的了。例如：?12345678910111213141516171