【JVM】JVM内存模型详解

一、JVM是什么？

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域等组成。JVM屏蔽了与操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可在多种平台上不加修改的运行，这也是Java能够“一次编译，到处运行的”原因。

二、JVM内存模型图

三、JVM运行数据区详解

1. JVM运行数据区分为虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器、堆区、元空间（方法区）五部分。其中虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器属于线程私有，而堆、元空间属于线程共享。
   
2. 虚拟机栈中存储方法、方法中的局部变量、以及运行时数据，本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过本地方法中栈存储的是本地方法的一些数据信息，程序计数器用来表示程序代码的执行位置，每一线程工作时，都会开辟自己的虚拟机栈、本地方法栈、和程序计数器。
3. 堆区，存储对象信息，以及数组，是所有线程共享区域、
4. 元空间存储类加载的相关信息，以及静态变量、常量、运行时常量池等。

下面，以代码演示各个位置存储的信息：

//1.首先类加载器将类加载到原空间public class Application {    //main线程--> main的线程栈,也就是虚拟机栈    //2.执行main 方法，将main方法压入栈    public static void main(String[] args) throws Exception {        //3.load方法压入虚拟机栈        load();        System.in.read();        //保证程序不要退出     }        public static void load() {        //4.在堆区创建Config对象，同时在栈区存储对象的引用地址，指向堆区            Config config = new Config();        //5.将loadData()方法压入栈            config.loadData() ;        }    }

public class Config {    //1.静态变量存储在元空间    public static Manager mdnagerl = new Manager();    //2.实例变量/对象变量 和类对象一起存储在堆区    private int a;//3.loadData()存储在方法区    public String loadData() {        return "abc";    }}

四、JVM运行数据区各部分特点及作用

1. 堆
     堆用来存放对象和数组，只要是堆中的对象，就可以被所有线程共享（静态变量、静态常量、字符串存储在堆中的老年代里）。Java7 版本中将永久代的静态变量和运行时常量池转移到堆中存放的。
     
     堆是 JVM 上最大的内存区域。垃圾回收操作的对象就是堆。
     
     堆空间一般是程序启动时就申请了，一般设置成可伸缩的。 随着对象的频繁创建，堆空间占用的越来越多，就需要不定期的对不再使用的对象进行回收，这就是GC。
     
      对于基本数据类型对象（如byte、short、int、long、float、double、char)，在方法体内声明时，会直接分配在栈中,其它情况都会分配在堆中。
     
     对于普通对象来说，JVM 会首先在堆上创建对象，然后在其他地方使用它的引用。比如，把这个引用保存在虚拟机栈的局部变量表中。但是在开启了逃逸分析时，如果发现某个对象只会在方法内部使用，则可能会将该对象经过标量替换后也存在栈中。
     
   堆的几个重要参数：
     -Xms：堆的最小值（初始值，默认单位是：字节，要求是1024的整数倍）；
     -Xmx：堆的最大值；
     -Xmn：新生代的大小；
     -XX:NewSize；新生代最小值（初始值）；
     -XX:MaxNewSize：新生代最大值；

虚拟机栈
   Java虚拟机栈是当前线程在执行方法时存储所需的数据、指令、返回地址的一种栈结构(先进后出)。它的生命周期与线程保持一致。提一句：静态变量不入栈。
  
   每调用一个方法就会在栈里加入一个栈帧。调用的方法执行完了，对应的栈帧就会出栈。栈帧里分为4个区域，这4个区域就包含了执行Java方法时的全部内容。这个4个区域分别是：局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口。

虚拟机栈默认1M。 如果我们不断的往虚拟机栈中入栈帧，但是就是不出栈的话，那么这个虚拟机栈就会溢出。

程序计数器
   由于现在都是多线程运行，而一个CPU在同一时刻只能运行一个线程，多个线程只能交替运行。程序计数器的作用就是记录当前线程下一条要运行的指令，这样保证了线程在切换回来时能回到正确的位置继续开始执行
   程序计算器是唯一不会发生内存溢出的地方。如果正在执行的是Native 方法，由于不是JVM执行，则这个计数器值为空(Undefined)

方法区（元空间）
   方法区也是一个线程共享的内存区。
  
   方法区存储的内容有：类型信息(比如类全称、父类全称)、域信息（域名称、域修饰符private等）、方法信息(方法名称、方法修饰符、返回类型等)、字面量(字面量包括文本字符串、八种基本类型的值 、被声明为final的常量等）。
  
  假如两个线程都试图访问方法区中的同一个类信息，而这个类还没有加载进 JVM，那么此时就只允许一个线程去加载它，另一个线程必须等待。
  
  方法区是 JVM 对内存的“逻辑划分”，在 JDK1.7 及之前将方法区称为“永久代”，是因为在 HotSpot 虚拟机中，设计人员使用了永久代来实现了 JVM 规范的方法区。在 JDK1.8 及以后使用了元空间来实现方法区。
  
  Java8 使用元空间替代永久代，是为了融合 HotSpot JVM 与 JRockit VM ，因为 JRockit 没有永久代。
  
  元空间大小参数设置：
  jdk1.7 及以前：-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize；
  jdk1.8 以后：-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize ；如果不设置参数，则只受本机总内存的限制

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