一、JVM内存区域划分

1、运行时内存区域

JVM内存区域

2、程序计数器(Program Counter Register)

程序计数器是一块较小的内存空间,它是当前线程所执行字节码的行号指示器,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等功能都依赖这个计数器来完成;
       为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每个线程都需要独立的程序计数器,各个线程之间计数器互不影响,独立存储,因此程序计数器是线程私有的
       程序计数器是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定OutOfMemoryError情况的区域。

3、Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stack)

Java虚拟机栈是线程私有的,它的生命周期与线程相同,每个方法在执行时,都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用到执行完成就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程;
       局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址);
       其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Solt),其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配,当进入一个方法时,这个方法需要在栈帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的,在方法运行期间不会改变局部变量表的大小;
       Java虚拟机栈定义了两种类型的异常: 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,若扩展时无法申请到足够的内存,就会抛出OutOfMemoryError异常;
       栈大小:JDK1.5以后,每个线程默认栈大小为1M(以前为256k),可以使用-Xss来设置栈的大小,比如-Xss128k;在相同的物理内存下,减小栈大小能够创建更多的线程(但不能超过操作系统对一个进程内线程数的限制),但减少栈大小更容易造成StackOverflowError异常;可使用java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep ThreadStackSize命令来查看栈大小。

4、本地方法栈(Native Method Stack)

本地方法栈和虚拟机栈的作用类似,只不过本地方法栈是为Native方法服务,本地方法栈也会抛出StackOverflowError异常和OutOfMemoryError异常;使用-Xoss来设置本地方法栈的大小,但是在HotSpot虚拟机中,本地方法栈和虚拟机栈合二为一,因此该参数对HotSpot虚拟机无效。

5、Java堆(Java Heap)

HotSpot JVM7及以前堆内存分布


HotSpot JVM8堆内存分布和元空间


       Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建,用于存放对象实例。从内存回收的角度,堆可细分为新生代和老年代,其中新生代又分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间;从内存分配的角度,线程共享的堆中可能划分出多个线程私有的本地线程分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)。无论怎么划分,都与存放内容无关,无论那个区域,存储的都仍然时对象实例,进一步划分是为了更好地回收内存,或者更快的分配内存。
       本地线程分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB):对象创建在虚拟机中是非常频繁的行为,即使是仅仅修改一个指针所指向的位置,在并发情况下也并不是线程安全的,可能出现正在给对象A分配内存,指针还没来得及修改,对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况。解决这个问题有两种方案,一种是对分配内存空间的动作进行同步处理,实际上虚拟机采用CAS配上失败重试的方式保证更新操作的原子性;另一种是把内存分配动作按照线程划分在不同的空间之中进行,既每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲区,哪个线程需要分配内存,就在哪个线程的TLAB上分配,只有TLAB用完并分配新的TLAB时,才需要同步锁定。虚拟机是否使用TLAB,可以通过-XX:+/-UseTLAB参数来设定。在JDK1.8中默认开启(1.7没试过不清楚),可以使用java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep UseTLAB命令查看。
       堆大小:堆的大小通过-Xms和-Xmx进行设置,比如-Xms128m -Xmx256m,如果堆内存无法完成实例分配,将会抛出OutOfMemoryError异常。
       堆中新生代大小:堆中新生代大小可使用-XX:NewSize、-XX:MaxNewSize、-Xmn、-XX:NewRatio进行设置:-XX:NewSize设置新生代的初始化值,-XX:MaxNewSize设置新生代的最大值,比如-XX:NewSize=64m -XX:MaxNewSize=128m;-Xmn将前面两个参数合二为一,比如-Xmn128m;-XX:NewRatio,通过设置新生代和老年代内存的比值来设置新生代的大小,比如-XX:NewRatio=3,则新生代和老年代比值为1:3,新生代占整个堆的1/4(HotSpot JVM7不算永久代的话),在JDK1.8中默认值为2(1.7没试过不清楚),可使用java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep NewRatio命令查看。
       新生代中各区域:新生代中分为3个空间,Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,可通过-XX:SurvivorRatio来设置三个区域的大小,它决定了Eden区和其中一个Survivor区的空间大小的比值,比如-XX:SurvivorRatio=8,表示Eden区和其中一个Survivor区的比值为8:1,Eden区占整个新生代的8/10,一个Survivor占整个新生代的1/10,默认值为8,可以使用java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep SurvivorRatio命令查看。
       老年代大小:在HotSpot JVM7中OldGen = HeapSize - YoungGen - PermSize,既老年代大小 = 堆大小 - 新生代大小 - 永久代大小,在HotSpot JVM8中OldGen = HeapSize - YoungGen,既既老年代大小 = 堆大小 - 新生代大小。

6、方法区(Method Area)

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