1 JVM內(nèi)存分配

• 1 在討論JVM內(nèi)存管理之前，先來看一下Java程序具體執(zhí)行的過程：

  
  
• 2 如上圖所示，首先Java源代碼文件(.java后綴)會(huì)被Java編譯器編譯為字節(jié)碼文件(.class后綴)，然后由JVM中的類加載器加載字節(jié)碼文件，加載完畢之后，交由JVM執(zhí)行引擎執(zhí)行。
• 3 在整個(gè)程序執(zhí)行過程中，JVM會(huì)用一段空間來存儲(chǔ)程序執(zhí)行期間需要用到的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，這段空間一般被稱作為Runtime Data Area（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)），也就是我們常說的JVM內(nèi)存。因此，在Java中我們常常說到的內(nèi)存管理就是針對這段空間進(jìn)行管理，這里主要說內(nèi)存分配。

2 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)包括哪幾部分？

• 1 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)通常包括這幾個(gè)部分：程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register)、Java棧(VM Stack)、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(qū)(Method Area)、堆(Heap)。

  
  
• 2 如上圖所示，JVM中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)應(yīng)該包括這些部分。在JVM規(guī)范中雖然規(guī)定了程序在執(zhí)行期間運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)應(yīng)該包括這幾部分，但是至于具體如何實(shí)現(xiàn)并沒有做出規(guī)定，不同的虛擬機(jī)廠商可以有不同的實(shí)現(xiàn)方式。

3 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的每部分到底存儲(chǔ)了哪些數(shù)據(jù)？

• 1 程序計(jì)數(shù)器
  程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register），也有稱作為PC寄存器。由于在JVM中，多線程是通過線程輪流切換來獲得CPU執(zhí)行時(shí)間的，因此，在任一具體時(shí)刻，一個(gè)CPU的內(nèi)核只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令，因此，為了能夠使得每個(gè)線程都在線程切換后能夠恢復(fù)在切換之前的程序執(zhí)行位置，每個(gè)線程都需要有自己獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，并且不能互相被干擾，否則就會(huì)影響到程序的正常執(zhí)行次序。因此，可以這么說，程序計(jì)數(shù)器是每個(gè)線程所私有的。
• 2 Java棧
  Java棧也稱作虛擬機(jī)棧，Java棧是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型。為什么這么說呢？下面就來解釋一下其中的原因。
  1）Java棧中存放的是一個(gè)個(gè)的棧幀，每個(gè)棧幀對應(yīng)一個(gè)被調(diào)用的方法，在棧幀中包括局部變量表(Local Variables)、操作數(shù)棧(Operand Stack)、指向當(dāng)前方法所屬的類的運(yùn)行時(shí)常量池的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息。
  2）當(dāng)線程執(zhí)行一個(gè)方法時(shí)，就會(huì)隨之創(chuàng)建一個(gè)對應(yīng)的棧幀，并將建立的棧幀壓棧。當(dāng)方法執(zhí)行完畢之后，便會(huì)將棧幀出棧。因此可知，線程當(dāng)前執(zhí)行的方法所對應(yīng)的棧幀必定位于Java棧的頂部。
  3）講到這里，大家就應(yīng)該會(huì)明白為什么 在 使用 遞歸方法的時(shí)候容易導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出的現(xiàn)象了以及為什么棧區(qū)的空間不用程序員去管理了（當(dāng)然在Java中，程序員基本不用關(guān)系到內(nèi)存分配和釋放的事情，因?yàn)镴ava有自己的垃圾回收機(jī)制），這部分空間的分配和釋放都是由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)施的。對于所有的程序設(shè)計(jì)語言來說，棧這部分空間對程序員來說是不透明的。
  4）局部變量表，顧名思義，想必不用解釋大家應(yīng)該明白它的作用了吧。就是用來存儲(chǔ)方法中的局部變量（包括在方法中聲明的非靜態(tài)變量以及函數(shù)形參）。對于基本數(shù)據(jù)類型的變量，則直接存儲(chǔ)它的值，對于引用類型的變量，則存的是指向?qū)ο蟮囊谩＞植孔兞勘淼拇笮≡诰幾g器就可以確定其大小了，因此在程序執(zhí)行期間局部變量表的大小是不會(huì)改變的。
  5）操作數(shù)棧，棧最典型的一個(gè)應(yīng)用就是用來對表達(dá)式求值。想想一個(gè)線程執(zhí)行方法的過程中，實(shí)際上就是不斷執(zhí)行語句的過程，而歸根到底就是進(jìn)行計(jì)算的過程。因此可以這么說，程序中的所有計(jì)算過程都是在借助于操作數(shù)棧來完成的。
  6）指向運(yùn)行時(shí)常量池的引用，因?yàn)樵诜椒▓?zhí)行的過程中有可能需要用到類中的常量，所以必須要有一個(gè)引用指向運(yùn)行時(shí)常量。
  7）方法返回地址，當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢之后，要返回之前調(diào)用它的地方，因此在棧幀中必須保存一個(gè)方法返回地址。
  8）由于每個(gè)線程正在執(zhí)行的方法可能不同，因此每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)自己的Java棧，互不干擾。
• 3 本地方法棧
  本地方法棧與Java棧的作用和原理非常相似。區(qū)別只不過是Java棧是為執(zhí)行Java方法服務(wù)的，而本地方法棧則是為執(zhí)行本地方法（Native Method）服務(wù)的。在JVM規(guī)范中，并沒有對本地方法棧的具體實(shí)現(xiàn)方法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作強(qiáng)制規(guī)定，虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它。在HotSopt虛擬機(jī)中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一。
• 4 堆
  1）在C語言中，堆這部分空間是唯一一個(gè)程序員可以管理的內(nèi)存區(qū)域。程序員可以通過malloc函數(shù)和free函數(shù)在堆上申請和釋放空間。那么在Java中是怎么樣的呢？
  2）Java中的堆是用來存儲(chǔ)對象本身的以及數(shù)組（當(dāng)然，數(shù)組引用是存放在Java棧中的）。只不過和C語言中的不同，在Java中，程序員基本不用去關(guān)心空間釋放的問題，Java的垃圾回收機(jī)制會(huì)自動(dòng)進(jìn)行處理。因此這部分空間也是Java垃圾收集器管理的主要區(qū)域。另外，堆是被所有線程共享的，在JVM中只有一個(gè)堆。
• 5.方法區(qū)
  1）方法區(qū)在JVM中也是一個(gè)非常重要的區(qū)域，它與堆一樣，是被線程共享的區(qū)域。在方法區(qū)中，存儲(chǔ)了每個(gè)類的信息（包括類的名稱、方法信息、字段信息）、靜態(tài)變量、常量以及編譯器編譯后的代碼等。
  2）在Class文件中除了類的字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用來存儲(chǔ)編譯期間生成的字面量和符號(hào)引用。
  3）在方法區(qū)中有一個(gè)非常重要的部分就是運(yùn)行時(shí)常量池，它是每一個(gè)類或接口的常量池的運(yùn)行時(shí)表示形式，在類和接口被加載到JVM后，對應(yīng)的運(yùn)行時(shí)常量池就被創(chuàng)建出來。當(dāng)然并非Class文件常量池中的內(nèi)容才能進(jìn)入運(yùn)行時(shí)常量池，在運(yùn)行期間也可將新的常量放入運(yùn)行時(shí)常量池中，比如String的intern方法。當(dāng)應(yīng)用會(huì)加載很多Class的話,就很可能出現(xiàn)PermGen space錯(cuò)誤。
  4）Java中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內(nèi)存空間，主要用于存放各種類的實(shí)例對象。 下面單獨(dú)講講Java堆

4 Java堆內(nèi)存的分配和回收

• 1 新生代：Young Generation，主要用來存放新生的對象。

• 2 老年代：Old Generation或者稱作Tenured Generation，主要存放應(yīng)用程序聲明周期長的內(nèi)存對象。

  
  
• 3 堆大小 = 新生代 + 老年代。其中，堆的大小可以通過參數(shù) –Xms、-Xmx 來指定。
• 4 默認(rèn)的，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空間大小。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空間大小。其中，新生代 ( Young ) 被細(xì)分為 Eden 和 兩個(gè) Survivor 區(qū)域，這兩個(gè) Survivor 區(qū)域分別被命名為 from 和 to，以示區(qū)分。
• 5 默認(rèn)的，Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定 )，即： Eden = 8/10 的新生代空間大小，from = to = 1/10 的新生代空間大小。
• 6 JVM 每次只會(huì)使用 Eden 和其中的一塊 Survivor 區(qū)域來為對象服務(wù)，所以無論什么時(shí)候，總是有一塊 Survivor 區(qū)域是空閑著的。因此，新生代實(shí)際可用的內(nèi)存空間為 9/10 ( 即90% )的新生代空間。