Java面试知识点（三十二）JVM内存结构

一、JVM 内存结构

包括：

• 方法区（也就是 “持久代”），java8 里彻底被移除，取而代之的是元数据区
• 堆
• 栈（在 hotspot JVM 中，JVM 方法栈 --Java 虚拟栈，与本地方法栈是同一个）
• PC 寄存器（程序计数器）

还有一块：

直接内存：直接向系统内存申请的一块内存区域，javaNIO 会使用，速度优于 java 堆内存。- 隶属于物理内存，不属于 JVM 内存

注意点：

• 堆是 GC 的主要区域，方法区、直接内存也会发生 GC
• 栈与 PC 寄存器是每个线程都会创建的私有区域，不会 GC
• 直接内存使用速度高于堆内存，但是内存的申请速度低于堆内存

二、方法区

1. 存放内容（类的信息、类 static 属性、方法、常量池）
   • 已经加载的类的信息（名称、修饰符等）
   • 类中的 static 变量
   • 类中的 field 信息
   • 类中定义为 final 常量
   • 类中的方法信息
   • 运行时常量池：编译器生成的各种字面量和符号引用（编译期）存储在 class 文件的常量池中，这部分内容会在类加载之后进入运行时常量池，class 文件的常量池查看 第三章 类文件结构与 javap 的使用
2. 使用实例：反射，在程序中通过 Class 对象调用 getName 等方法获取信息数据时，这些信息数据来源于方法区。
3. 调节参数
   -XX:PermSize：指定方法区的最小值，默认为 16M
   -XX:MaxPermSize：指定方法区的最大值，默认为 64M
4. 所抛错误
   方法区域要使用的内存超过了其允许的大小时，抛出OutOfMemoryError
5. 内存回收的主要目标
   • 对类的卸载（这也是为什么很多企业使用 velocity 等模板引擎做前端而不是使用 jsp 的原因之一）
   • 针对常量池的回收
6. 总结
   • 类中的 static 变量会在方法区分配内存，但是类中的实例变量不会（类中的实例变量会随着对象实例的创建一起分配在堆中，当然若是基本数据类型的话，会随着对象的创建直接压入操作数栈）
   • 关于方法区的存放内容，可以这样去想所有的通过 Class 对象可以反射获取的都是从方法区获取的（包括 Class 对象也是方法区的，Class 是该类下所有其他信息的访问入口）

三、堆

1. 存放内容

   • 对象实例（类中的实例变量会随着对象实例的创建一起分配在堆中，当然若是基本数据类型的话，会随着对象的创建直接压入操作数栈）
   • 数组值

2. 使用实例
   所有通过 new 创建的对象都在这块儿内存分配，具体分配到年轻代还是年老代需要根据配置参数而定（新建对象直接分配到年老代有两种情况，看下边）
   调节参数
   -Xmx：最大堆内存，默认为物理内存的 1/4 但小于 1G
   -Xms：最小堆内存，默认为物理内存的 1/64 但小于 1G
   -XX:MinHeapFreeRatio，默认当空余堆内存小于最小堆内存的 40% 时，堆内存增大到 - Xmx
   -XX:MaxHeapFreeRatio，当空余堆内存大于最大堆内存的 70% 时，堆内存减小到 - Xms

3. 注意点
   在实际使用中，-Xmx 与 - Xms 配置成相等的，这样，堆内存就不会频繁的进行调整了

4. 抛出错误
   OutOfMemoryError：在堆中没有内存完成实例分配（关于实例内存的分配，之后再说），此时堆内存已达到最大无法扩展时。

5. 堆内存划分
   

   • 新生代
     组成：Eden+From（S0）+To（S1）
     -Xmn：整个新生代的大小
     -XX:SurvivorRatio：调整 Eden:From (To) 的比率，默认为 8:1
   • 年老代
     新建对象直接分配到年老代，两种情况
     大对象：-XX:PretenureSizeThreshold（单位：字节）参数来指定大对象的标准，在 Parallel Scavenge GC 下可能无效
     大数组：数组中的元素没有引用任何外部的对象

6. 总结
   企业开发中，-Xmx==-Xms
   通常，-Xmx 设置为 2048m 就没问题了，当然还要根据自己的程序去预估，并在运行过程中去调整，这里以在 Resin 服务器中配置为例
   View Code
   可以看到，-Xms==-Xmx2048m，年轻代大小 - Xmn512m，这样，年老代大小就是 2048-512==1536m，这个比率值得记住，在企业开发中，年轻代：年老代 ==1:3，而此时，我们配置的 -XX:MaxTenuringThreshold=15（这也是默认值）， 年轻代对象经过 15 次的复制后进入到年老代（关于这一点，在之后的 GC 机制中会说），

四、栈

1. 注意点
   • 每条线程都会分配一个栈，每个栈中有多个栈帧（每一个方法对应一个栈帧）
   • 线程创建的时候创建一个线程的 java 栈
   • 每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，每个栈帧用于存储当前方法的局部变量表、操作数栈等，每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程，说的更明白一点，就是方法执行时创建栈帧，方法结束时释放栈帧所占内存
2. 存放内容
   • 局部变量表：八大基本数据类型数据、对象引用。该空间在编译期已经分配好，运行期不变。
   • 操作数栈：是执行引擎直接操作的部分
3. 调节参数
   -Xss：设置栈的大小，通常设置为 1m 就好
4. 支持 native 方法执行（本地方法栈）
5. 所抛错误
   • StackOverFlowError：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。
     栈的深度就是方法调用嵌套的层数，受限于 - Xss 的大小
     典型场景：没有终止条件的递归（递归基于栈）。
     每个方法的栈的深度在 javac 编译之后就已经确定了
   • OutOfMemoryError：虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展的时候无法申请到足够的内存。
     需要注意的是，栈可以动态扩展，但是栈中的局部变量表不可以。

五、PC寄存器（程序计数器）

1. 概念：当前线程所执行的字节码的行号指示器，用于字节码解释器对字节码指令的执行。
2. 多线程：通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个时刻，一个处理器（也就是一个核）只能执行一条线程中的指令，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储。