一、JVM內(nèi)存區(qū)域模型

JVM內(nèi)存區(qū)域模型

1.堆

也叫做java 堆、GC堆是java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊內(nèi)存區(qū)域，也是被各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，在JVM啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。

該內(nèi)存區(qū)域存放了對(duì)象實(shí)例及數(shù)組(所有new的對(duì)象)，每個(gè)對(duì)象都包含一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的class的信息。(class的目的是得到操作指令)

其大小通過(guò)-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)參數(shù)設(shè)置，-Xms為JVM啟動(dòng)時(shí)申請(qǐng)的最小內(nèi)存，默認(rèn)為操作系統(tǒng)物理內(nèi)存的1/64但小于1G，-Xmx為JVM可申請(qǐng)的最大內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4但小于1G，默認(rèn)當(dāng)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM會(huì)增大Heap到-Xmx指定的大小，可通過(guò)-XX:MinHeapFreeRation=來(lái)指定這個(gè)比列；當(dāng)空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會(huì)減小heap的大小到-Xms指定的大小，可通過(guò)XX:MaxHeapFreeRation=來(lái)指定這個(gè)比列，對(duì)于運(yùn)行系統(tǒng)，為避免在運(yùn)行時(shí)頻繁調(diào)整Heap的大小，通常-Xms與-Xmx的值設(shè)成一樣。

由于現(xiàn)在收集器都是采用分代收集，堆被劃分為新生代和老年代。新生代主要存儲(chǔ)新創(chuàng)建的對(duì)象和尚未進(jìn)入老年代的對(duì)象。老年代存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)多次新生代GC(Minor GC)任然存活的對(duì)象。

新生代：

程序新創(chuàng)建的對(duì)象都是從新生代分配內(nèi)存，新生代由Eden Space和兩塊相同大小的Survivor Space（From Survivor Space 和 To Survivor Space）構(gòu)成，可通過(guò)-Xmn參數(shù)來(lái)指定新生代的大小，也可以通過(guò)-XX:SurvivorRation來(lái)調(diào)整Eden Space及Survivor Space的大小。

由于新生代采用復(fù)制算法進(jìn)行垃圾回收，根據(jù)IBM研究表明新生代中的對(duì)象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例來(lái)劃分內(nèi)存空間，而是將內(nèi)存分為較大的Eden Space和兩塊較小的Survivor Space，每次使用Eden和其中一塊Survivor。當(dāng)回收時(shí)，將Eden和Survivor中還存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊Survivor，最后清理掉Eden和剛才用過(guò)的Survivor。

如果-XX:SurvivorRation=8則表示Eden空間和其中一塊Survivor空間大小比是8:1，也就是說(shuō)新生代的可用空間是整個(gè)新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空間會(huì)浪費(fèi)。

老年代：

用于存放經(jīng)過(guò)多次新生代GC任然存活的對(duì)象，例如緩存對(duì)象，新建的對(duì)象也有可能直接進(jìn)入老年代，主要有兩種情況：
（1）大對(duì)象，可通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(單位為字節(jié)，默認(rèn)為0)來(lái)代表超過(guò)多大時(shí)就不在新生代分配，而是直接在老年代分配
（2）大數(shù)組對(duì)象，且數(shù)組中無(wú)引用外部對(duì)象

老年代所占的內(nèi)存大小為-Xmx對(duì)應(yīng)的值減去-Xmn對(duì)應(yīng)的值。

2. 方法區(qū)

也稱"永久代” 、“非堆”， 它用于存儲(chǔ)虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域。默認(rèn)最小值為16MB，最大值為64MB，可以通過(guò)-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數(shù)限制方法區(qū)的大小。

3. 運(yùn)行時(shí)常量池

是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用于存放編譯器生成的字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類加載后放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中。

存放基本類型常量和字符串常量。

4. 虛擬機(jī)棧

描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候 都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)“棧幀”用于存儲(chǔ)局部變量表(包括參數(shù))、操作棧、方法出口等信息。每個(gè)方法被調(diào)用到執(zhí)行完的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。聲明周期與線程相同，是線程私有的。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型直接在棧空間分配。

引用數(shù)據(jù)類型，需要用new來(lái)創(chuàng)建，既在棧空間分配一個(gè)地址空間，又在堆空間分配對(duì)象的類變量 。

局部變量 new 出來(lái)時(shí)，在棧空間和堆空間中分配空間，當(dāng)局部變量生命周期結(jié)束后，?？臻g立刻被回收，堆空間區(qū)域等待GC回收。

數(shù)組既在?？臻g分配數(shù)組名稱， 又在堆空間分配數(shù)組實(shí)際的大小

方法的形式參數(shù)，直接在?？臻g分配，當(dāng)方法調(diào)用完成后從?？臻g回收。

方法的引用參數(shù)，在棧空間分配一個(gè)地址空間，并指向堆空間的對(duì)象區(qū)，當(dāng)方法調(diào)用完成后從?？臻g回收。

5. 程序計(jì)數(shù)器

是最小的一塊內(nèi)存區(qū)域，它的作用是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，在虛擬機(jī)的模型里，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴計(jì)數(shù)器完成。

二、代碼示例存儲(chǔ)分配

JAVA的JVM的內(nèi)存可分為3個(gè)區(qū)：堆(heap)、棧(stack)和方法區(qū)(method)

堆區(qū)：

1. 存儲(chǔ)的全部是對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都包含一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的class的信息。(class的目的是得到操作指令)
2. jvm只有一個(gè)堆區(qū)(heap)被所有線程共享，堆中不存放基本類型和對(duì)象引用，只存放對(duì)象本身

棧區(qū)：

1. 每個(gè)線程包含一個(gè)棧區(qū)，棧中只保存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型的對(duì)象和自定義對(duì)象的引用(不是對(duì)象)，對(duì)象都存放在堆區(qū)中
2. 每個(gè)棧中的數(shù)據(jù)(原始類型和對(duì)象引用)都是私有的，其他棧不能訪問(wèn)
3. 棧分為3個(gè)部分：基本類型變量區(qū)、執(zhí)行環(huán)境上下文、操作指令區(qū)(存放操作指令)

方法區(qū)：

1. 又叫靜態(tài)區(qū)，跟堆一樣，被所有的線程共享。方法區(qū)包含所有的class和static變量
2. 方法區(qū)中包含的都是在整個(gè)程序中永遠(yuǎn)唯一的元素，如class，static變量

//運(yùn)行時(shí), jvm把a(bǔ)ppmain的信息都放入方法區(qū)
public class AppMain {                  
    //main 方法本身放入方法區(qū)
    public static void main(String[] args) {  
        //test1是引用，所以放到棧區(qū)里， Sample是自定義對(duì)象應(yīng)該放到堆里面
        Sample test1 = new Sample("測(cè)試1");       
        Sample test2 = new Sample("測(cè)試2");    
          
        test1.printName();    
        test2.printName();    
    }    
}

//運(yùn)行時(shí), jvm 把a(bǔ)ppmain的信息都放入方法區(qū)
public class Sample {
    /** 范例名稱 */
    // new Sample實(shí)例后， name 引用放入棧區(qū)里， name 對(duì)象放入堆里
    private String name; 

    /** 構(gòu)造方法 */
    public Sample(String name) {
        this.name = name;
    }

    /** 輸出 */
    // print方法本身放入 方法區(qū)里
    public void printName() { 
        System.out.println(name);
    }
}

行動(dòng)向?qū)D

系統(tǒng)收到了我們發(fā)出的指令，啟動(dòng)了一個(gè)Java虛擬機(jī)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程首先從classpath中找到AppMain.class文件，讀取這個(gè)文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后把Appmain類的類信息存放到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)中。這一過(guò)程稱為AppMain類的加載過(guò)程。

接著，Java虛擬機(jī)定位到方法區(qū)中AppMain類的Main()方法的字節(jié)碼，開(kāi)始執(zhí)行它的指令。這個(gè)main()方法的第一條語(yǔ)句就是：

Sample test1=new Sample("測(cè)試1"); 

語(yǔ)句很簡(jiǎn)單啦，就是讓java虛擬機(jī)創(chuàng)建一個(gè)Sample實(shí)例，并且使引用變量test1引用這個(gè)實(shí)例。貌似小case一樁哦，就讓我們來(lái)跟蹤一下Java虛擬機(jī)，看看它究竟是怎么來(lái)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)的：

1. Java虛擬機(jī)一看，不就是建立一個(gè)Sample實(shí)例嗎，簡(jiǎn)單，于是就直奔方法區(qū)而去，先找到Sample類的類型信息再說(shuō)。結(jié)果并沒(méi)有找到，因?yàn)檫@會(huì)兒的方法區(qū)里還沒(méi)有Sample類（Sample類沒(méi)加載），于是Java虛擬機(jī)立馬加載了Sample類，把Sample類的類型信息存放在方法區(qū)里。

2. Sample類加載好后，Java虛擬機(jī)做的第一件事情就是在堆區(qū)中為一個(gè)新的Sample實(shí)例分配內(nèi)存, 這個(gè)Sample實(shí)例持有著指向方法區(qū)的Sample類的類型信息的引用。這里所說(shuō)的引用，實(shí)際上指的是Sample類的類型信息在方法區(qū)中的內(nèi)存地址，而這個(gè)地址呢，就存放了在Sample實(shí)例的數(shù)據(jù)區(qū)里。

3. 在Java虛擬機(jī)進(jìn)程中，每個(gè)線程都會(huì)擁有一個(gè)方法調(diào)用棧，用來(lái)跟蹤線程運(yùn)行中一系列的方法調(diào)用過(guò)程，棧中的每一個(gè)元素就被稱為棧幀，每當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)方法的時(shí)候就會(huì)向方法棧壓入一個(gè)新幀。這里的幀用來(lái)存儲(chǔ)方法的參數(shù)、局部變量和運(yùn)算過(guò)程中的臨時(shí)數(shù)據(jù)。OK，原理講完了，就讓我們來(lái)繼續(xù)我們的跟蹤行動(dòng)！位于“=”前的test1是一個(gè)在main()方法中定義的變量，可見(jiàn)，它是一個(gè)局部變量，因此，它被會(huì)添加到了執(zhí)行main()方法的主線程的JAVA方法調(diào)用棧中。而“=”將把這個(gè)test1變量指向堆區(qū)中的Sample實(shí)例，也就是說(shuō)，它持有指向Sample實(shí)例的引用。

OK，到這里為止呢，JAVA虛擬機(jī)就完成了這個(gè)簡(jiǎn)單語(yǔ)句的執(zhí)行任務(wù)。參考行動(dòng)向?qū)D，我們終于初步摸清了JAVA虛擬機(jī)的一點(diǎn)點(diǎn)底細(xì)了，COOL！

接下來(lái)，JAVA虛擬機(jī)將繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，在堆區(qū)里繼續(xù)創(chuàng)建另一個(gè)Sample實(shí)例，然后依次執(zhí)行它們的printName()方法。當(dāng)Java虛擬機(jī)執(zhí)行test1.printName()方法時(shí)，JAVA虛擬機(jī)根據(jù)局部變量test1持有的引用，定位到堆區(qū)中的Sample實(shí)例，再根據(jù)Sample實(shí)例持有的引用，定位到方法去中Sample類的類型信息，從而獲得printName()方法的字節(jié)碼，接著執(zhí)行printName()方法包含的指令。

三、Java虛擬機(jī)中堆和棧的區(qū)別

（1）棧(stack)與堆(heap)都是Java用來(lái)在Ram中存放數(shù)據(jù)的地方。與C++不同，Java自動(dòng)管理?xiàng)：投?，程序員不能直接地設(shè)置?；蚨选?/p>

（2）棧的優(yōu)勢(shì)是，存取速度比堆要快，僅次于直接位于CPU中的寄存器。但缺點(diǎn)是，存在棧中的數(shù)據(jù)大小與生存期必須是確定的，缺乏靈活性。另外，棧數(shù)據(jù)可以共享，詳見(jiàn)第3點(diǎn)。堆的優(yōu)勢(shì)是可以動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存大小，生存期也不必事先告訴編譯器，Java的垃圾收集器會(huì)自動(dòng)收走這些不再使用的數(shù)據(jù)。但缺點(diǎn)是，由于要在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，存取速度較慢。

（3）Java中的數(shù)據(jù)類型有兩種，一種是基本類型(primitive types), 共有8種，即int, short, long, byte, float, double, boolean, char(注意，并沒(méi)有string的基本類型)。這種類型的定義是通過(guò)諸如

int a = 3; 
long b = 255L;

的形式來(lái)定義的，稱為自動(dòng)變量。值得注意的是，自動(dòng)變量存的是字面值，不是類的實(shí)例，即不是類的引用，這里并沒(méi)有類的存在。如int a = 3; 這里的a是一個(gè)指向int類型的引用，指向3這個(gè)字面值。這些字面值的數(shù)據(jù)，由于大小可知，生存期可知(這些字面值固定定義在某個(gè)程序塊里面，程序塊退出后，字段值就消失了)，出于追求速度的原因，就存在于棧中。另外，棧有一個(gè)很重要的特殊性，就是存在棧中的數(shù)據(jù)可以共享。假設(shè)我們同時(shí)定義

int a = 3;
int b = 3;

編譯器先處理int a = 3，首先它會(huì)在棧中創(chuàng)建一個(gè)變量為a的引用，然后查找有沒(méi)有字面值為3的地址，沒(méi)找到，就開(kāi)辟一個(gè)存放3這個(gè)字面值的地址，然后將a指向3的地址。接著處理int b = 3；在創(chuàng)建完b的引用變量后，由于在棧中已經(jīng)有3這個(gè)字面值，便將b直接指向3的地址。這樣，就出現(xiàn)了a與b同時(shí)均指向3的情況。

特別注意的是，這種字面值的引用與類對(duì)象的引用不同。假定兩個(gè)類對(duì)象的引用同時(shí)指向一個(gè)對(duì)象，如果一個(gè)對(duì)象引用變量修改了這個(gè)對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)，那么另一個(gè)對(duì)象引用變量也即刻反映出這個(gè)變化。相反，通過(guò)字面值的引用來(lái)修改其值，不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)指向此字面值的引用的值也跟著改變的情況。如上例，我們定義完a與 b的值后，再令a=4；那么，b不會(huì)等于4，還是等于3。在編譯器內(nèi)部，遇到a=4；時(shí)，它就會(huì)重新搜索棧中是否有4的字面值，如果沒(méi)有，重新開(kāi)辟地址存放4的值；如果已經(jīng)有了，則直接將a指向這個(gè)地址。因此a值的改變不會(huì)影響到b的值。

（4）棧是線程私有的，堆是線程共享的。

四、Java代碼運(yùn)行過(guò)程實(shí)例

有如下代碼：

代碼示例

（1）運(yùn)行main方法前，Test類已經(jīng)加載到方法區(qū)了
（2）首先new一個(gè)Test對(duì)象，內(nèi)存分配如圖所示

由于Visio軟件有問(wèn)題了，往后在更新！