01 JVM內(nèi)存模型的劃分
由于我們生產(chǎn)環(huán)境使用的虛擬機HotSpot 居多，所以下面的描述都是基于HotSpot 虛擬機而言的，對于其他類型的虛擬機，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 可能并不太一樣
根據(jù)虛擬機規(guī)范，JVM的內(nèi)存分為 堆、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數(shù)器、本地方法棧5部分
JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差別就是：元數(shù)據(jù)區(qū)取代了永久代。元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對 JVM 規(guī)范中方法區(qū)的實現(xiàn)。不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元數(shù)據(jù)空間并不在虛擬機中，而是使用本地內(nèi)存
1.1 虛擬機棧
每個線程有一個私有的棧，隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建。棧里面存著的是一種叫“棧幀”的東西，每個方法會創(chuàng)建一個棧幀，棧幀中存放了局部變量表（基本數(shù)據(jù)類型和對象引用）、操作數(shù)棧、方法出口等信息。棧的大小可以固定也可以動態(tài)擴展。當(dāng)棧調(diào)用深度大于JVM所允許的范圍，會拋出StackOverflowError的錯誤
虛擬機棧的特點
- 局部變量表隨著棧幀的創(chuàng)建而創(chuàng)建，它的大小在編譯時確定，創(chuàng)建時只需分配事先規(guī)定的大小即可。在方法運行過程中，局部變量表的大小不會發(fā)生改變
- Java 虛擬機棧也是線程私有，隨著線程創(chuàng)建而創(chuàng)建，隨著線程的結(jié)束而銷毀
- Java 虛擬機棧會出現(xiàn)兩種異常：StackOverFlowError （若 Java 虛擬機棧的大小不允許動態(tài)擴展，那么當(dāng)線程請求棧的深度超過當(dāng)前 Java 虛擬機棧的最大深度時，拋出 StackOverFlowError 異常）和 OutOfMemoryError（若允許動態(tài)擴展，那么當(dāng)線程請求棧時內(nèi)存用完了，無法再動態(tài)擴展時，拋出 OutOfMemoryError 異常）
1.2 本地方法棧
本地方法棧是為 JVM 運行 Native 方法準備的空間，由于很多 Native 方法都是用 C 語言實現(xiàn)的，所以它通常又叫 C 棧。它與 Java 虛擬機棧實現(xiàn)的功能類似，只不過本地方法棧是描述本地方法運行過程的內(nèi)存模型。本地方法被執(zhí)行時，在本地方法棧也會創(chuàng)建一塊棧幀，用于存放該方法的局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口信息等。方法執(zhí)行結(jié)束后，相應(yīng)的棧幀也會出棧，并釋放內(nèi)存空間。也會拋出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 異常。
1.3 PC 寄存器計數(shù)器
PC 寄存器，也叫程序計數(shù)器。JVM支持多個線程同時運行，每個線程都有自己的程序計數(shù)器。倘若當(dāng)前執(zhí)行的是 JVM 的方法，則該寄存器中保存當(dāng)前執(zhí)行指令的地址；倘若執(zhí)行的是native 方法，則PC寄存器中為空
1.4 堆
堆內(nèi)存是 JVM 所有線程共享的部分，在虛擬機啟動的時候就已經(jīng)創(chuàng)建。所有的對象和數(shù)組都在堆上進行分配。這部分空間可通過 GC 進行回收。當(dāng)申請不到空間時會拋出 OutOfMemoryError
堆的特點：
- 線程共享，整個 Java 虛擬機只有一個堆，所有的線程都訪問同一個堆。而程序計數(shù)器、Java 虛擬機棧、本地方法棧都是一個線程對應(yīng)一個
- 在虛擬機啟動時創(chuàng)建
- 垃圾回收的主要場所
- 可分為：新生代(Eden區(qū) From Survior To Survivor)、老年代
1.5 方法區(qū)
- Java 虛擬機規(guī)范中定義方法區(qū)是堆的一個邏輯部分。
- 方法區(qū)也是所有線程共享。主要用于存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類的信息、常量池、方法數(shù)據(jù)、方法代碼等。方法區(qū)邏輯上屬于堆的一部分，但是為了與堆進行區(qū)分，通常又叫 非堆 。需要注意的是，方法區(qū)只是規(guī)范上面的一個邏輯概念，并不是真實的物理存儲的命名
1.6 直接內(nèi)存（堆外內(nèi)存）
直接內(nèi)存是除 Java 虛擬機之外的內(nèi)存，但也可能被 Java 使用，直接內(nèi)存的大小不受 Java 虛擬機控制，但既然是內(nèi)存，當(dāng)內(nèi)存不足時就會拋出 OutOfMemoryError 異常
直接內(nèi)存與堆內(nèi)存比較：
- 直接內(nèi)存申請空間耗費更高的性能
- 直接內(nèi)存讀取 IO 的性能要優(yōu)于普通的堆內(nèi)存
02 JVM內(nèi)存模型各部分的存儲信息
03 針對JDK6、JDK7、JDK8三個版本的JVM內(nèi)存模型調(diào)整說明
3.1 對永久代PermGen的說明
- 永久代是方法區(qū)在hotspot的一個具體實現(xiàn)。通過在運行時數(shù)據(jù)區(qū)域開辟空間實現(xiàn)方法區(qū)。
- hotspot jdk7 之前的永久代，比較完整
- 從jdk7以后方法區(qū)就“四分五裂了”，不再是在單一的一個去區(qū)域內(nèi)進行存儲
- 在jdk8，移除了永久代，被Metsspace取代了，且Metsspace不在JVM堆內(nèi)，放入了本地內(nèi)存，元空間也就成了方法區(qū)的主要存放位置
絕大部分 Java 程序員應(yīng)該都見過 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space這個異常
這里的 “PermGen space”其實指的就是方法區(qū)。不過方法區(qū)和“PermGen space”又有著本質(zhì)的區(qū)別。前者是 JVM 的規(guī)范，而后者則是 JVM 規(guī)范的一種實現(xiàn)，并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而對于其他類型的虛擬機，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并沒有“PermGen space”。由于方法區(qū)主要存儲類的相關(guān)信息，所以對于動態(tài)生成類的情況比較容易出現(xiàn)永久代的內(nèi)存溢出。最典型的場景就是，在 jsp 頁面比較多的情況，容易出現(xiàn)永久代內(nèi)存溢出
3.2 對Metaspace元空間的說明
元空間的本質(zhì)和永久代類似，都是對JVM規(guī)范中方法區(qū)的實現(xiàn)。元空間通過在本地內(nèi)存區(qū)域開辟空間實現(xiàn)方法區(qū)。元空間并不在虛擬機中，而是使用本地內(nèi)存，所以默認情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存限制，但可以通過以下參數(shù)來指定元空間的大?。?/p>
-XX:MetaspaceSize，初始空間大小，達到該值就會觸發(fā)垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調(diào)整：如果釋放了大量的空間，就適當(dāng)降低該值；如果釋放了很少的空間，那么在不超過MaxMetaspaceSize時，適當(dāng)提高該值。-XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，默認是沒有限制的。除了上面兩個指定大小的選項以外，還有兩個與 GC 相關(guān)的屬性：-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為分配空間所導(dǎo)致的垃圾收集-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空間容量的百分比，減少為釋放空間所導(dǎo)致的垃圾收集
其實，移除永久代的工作從JDK1.7就開始了，JDK1.7中，存儲在永久代的部分數(shù)據(jù)就已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了Java Heap或者是 Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并沒完全移除。
譬如：
- 符號引用(Symbols)轉(zhuǎn)移到了native heap；
- 字面量(interned strings)轉(zhuǎn)移到了java heap；
- 類的靜態(tài)變量(class statics)轉(zhuǎn)移到了java heap
3.3 元空間特點
- 類及相關(guān)的元數(shù)據(jù)的生命周期與類加載器的一致，如果GC發(fā)現(xiàn)某個類加載器不再存活了，才會把相關(guān)的空間整個回收掉
- 每個類加載器有專門的存儲空間
- 只進行線性分配，省掉了GC掃描及壓縮的時間
- 元空間里的對象的位置是固定的
04 JVM內(nèi)存劃分調(diào)整的幾個原因點分析
- 字符串存在永久代中，容易出現(xiàn)性能問題和內(nèi)存溢出
- 類及方法的信息等比較難確定其大小，因此對于永久代的大小指定比較困難，太小容易出現(xiàn)永久代溢出，太大則容易導(dǎo)致老年代溢出
- 永久代會為 GC 帶來不必要的復(fù)雜度，并且回收效率偏低
