【JavaEE初阶】 JVM 运行时数据区简介

迷南。 2024-04-17 10:51 62阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?前言
 *  ?堆（线程共享）
 *  ?Java虚拟机栈（线程私有）
 *  ?本地方法栈（线程私有）
 *  ?程序计数器（线程私有）
 *  ?方法区（线程共享）
 *   *  ?JDK 1.8 元空间的变化
     *  ?运行时常量池
 *  ?小结
 *  ?内存布局中的异常问题
 *   *  ?Java堆溢出
     *  ?虚拟机栈和本地方法栈溢出
 *  ⭕总结

## ?前言 ##

VM 运行时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和 Java 内存模型（(Java Memory Model，简称JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下 5 大部分组成  
![在这里插入图片描述][bd7855905291414d8c9de42ec6fad19f.png]

## ?堆（线程共享） ##

堆的作用：程序中创建的所有对象都在保存在堆中。

我们常见的 JVM 参数设置 -Xms10m最小启动内存是针对堆的，-Xmx10m 最大运行内存也是针对堆的。

> ms 是 memory start 简称，mx 是 memory max 的简称。

堆里面分为两个区域：新生代和老生代，新生代放新建的对象，当经过一定 GC 次数之后还存活的对象会放入老生代。

新生代还有 3 个区域：一个 Endn + 两个 Survivor（S0/S1）。  
![在这里插入图片描述][2f70cf66d8f64327a3b1e3a54e5ac0d9.png]  
垃圾回收的时候会将 Endn 中存活的对象放到一个未使用的 Survivor 中，并把当前的 Endn 和正在使用的 Survivor 清楚掉

## ?Java虚拟机栈（线程私有） ##

Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同，Java 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行的同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。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。

Java 虚拟机栈中包含了以下 4 部分：  
![在这里插入图片描述][4dd6d3ece6f841aca963b85f5aa81723.png]

1.  局部变量表： 存放了编译器可知的各种基本数据类型(8大基本数据类型)、对象引用。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，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
2.  操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈。
3.  动态链接：指向运行时常量池的方法引用。
4.  方法返回地址：PC 寄存器的地址

除此之外，Java虚拟机栈还是线程私有的。

那什么是线程私有?

> 由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现，因此在任何一个确定的时刻，一个处理器(多核处理器则指的是一个内核)都只会执行一条线程中的指令。因此为了切换线程后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存

## ?本地方法栈（线程私有） ##

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使用的，而本地方法栈是给本地方法使用的。这里就不做过多讲解了

## ?程序计数器（线程私有） ##

程序计数器的作用：用来记录当前线程执行的行号的。

程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

如果当前线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；

如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。

程序计数器内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！

## ?方法区（线程共享） ##

方法区的作用：用来存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据的。

在《Java虚拟机规范中》把此区域称之为“方法区”，而在 HotSpot 虚拟机的实现中，在 JDK 7 时此区域叫做永久代（PermGen），JDK 8 中叫做元空间（Metaspace）。

> 注意：永久代（PermGen）和元空间（Metaspace）是 HotSpot  
> 中对《Java虚拟机规范》中方法区的实现
> 
>  *  它们三者之间的关系就好比，对于一辆汽车来说它定义了一个部分叫做“动能提供装置”，但对于不同的汽车有不同的实现技术，比如对于燃油车来说，它的“动能提供装置”的实现技术就是汽油发动机（简称发动机），而对于电动汽车来说，它的“动能提供装置”的实现就是电动发动机（简称电机），发动机和电机就相当于永久代和元空间一样，它是对于“制动器”也就是方法区定义的实现。

### ?JDK 1.8 元空间的变化 ###

1.  对于 HotSpot 来说，JDK 8 元空间的内存属于本地内存，这样元空间的大小就不在受 JVM 最大内存的参数影响了，而是与本地内存的大小有关。
2.  JDK 8 中将字符串常量池移动到了堆中。

### ?运行时常量池 ###

运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量与符号引用。

字面量 : 字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。

符号引用 : 类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符

## ?小结 ##

对上述内容进行一个小结，关系图如下：  
![在这里插入图片描述][9e55de438e1442aaa9e4d2f9864f87f8.png]

## ?内存布局中的异常问题 ##

### ?Java堆溢出 ###

Java堆用于存储对象实例，只要不断的创建对象，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免来GC清除这些对象，那么在对象数量达到最大堆容量后就会产生内存溢出异常。

Java堆内存的OOM异常是实际应用中最常见的内存溢出情况。当出现Java堆内存溢出时，异常堆栈信息"java.lang.OutOfMemoryError"会进一步提示"Java heap space"。当出现"Java heap space"则很明确的告知我们，OOM发生在堆上。

此时要对Dump出来的文件进行分析，以MAT为例。分析问题的产生到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)

这里我们需要注意内存泄漏与内存溢出的区别

*  内存泄漏 : 泄漏对象无法被GC
 *  内存溢出 : 内存对象确实还应该存活。此时要根据JVM堆参数与物理内存相比较检查是否还应该把JVM堆内存调大；或者检查对象的生命周期是否过长。

### ?虚拟机栈和本地方法栈溢出 ###

由于我们HotSpot虚拟机将虚拟机栈与本地方法栈合二为一，因此对于HotSpot来说，栈容量只需要由-Xss参数来设置。

关于虚拟机栈会产生的两种异常:

*  如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，会抛出StackOverFlow异常
 *  如果虚拟机在拓展栈时无法申请到足够的内存空间，则会抛出OOM异常

如果是因为多线程导致的内存溢出问题，在不能减少线程数的情况下，只能减少最大堆和减少栈容量的方式来换取更多线程。

## ⭕总结 ##

关于《【JavaEE初阶】 JVM 运行时数据区简介》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下

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