JVM基本結構及記憶體模型及優化
- 2019 年 10 月 4 日
- 筆記
JVM是Java Virtual Machine（Java虛擬機）的縮寫，JVM是一種用於計算設備的規範，它是一個虛構出來的電腦，是通過在實際的電腦上模擬模擬各種電腦功能來實現的。作為一個Java開發者，這是必須要掌握的知識點。
一，JVM的基本結構
JVM啟動後，對作業系統來說，JVM是一個的進程，這個進程的基本結構如上圖所示。它包括：
- 類載入器子系統
- 運行時數據區
- 執行引擎
運行時數據區是JVM從作業系統申請來的堆空間和作業系統給JVM分配的棧空間的總稱。也是JVM記憶體結構所在位置。
二，JVM的記憶體模型
根據java虛擬機規範，java虛擬機管理的記憶體將分為下面五大區域。分為：虛擬機棧，堆，方法區，程式計數器，本地方法棧。
1，程式計數器
是當前執行緒鎖執行位元組碼的行號治時期，每條執行緒都有一個獨立的程式計數器，這類記憶體也稱為「執行緒私有」的記憶體。正在執行java方法的話，計數器記錄的是虛擬機位元組碼指令的地址(當前指令的地址)。如果是Natice方法，則為空。
2，Java 虛擬機棧
它是執行緒私有的。每個方法在執行的時候也會創建一個棧幀，存儲了局部變數，操作數，動態鏈接，方法返回地址。每個方法從調用到執行完畢，對應一個棧幀在虛擬機棧中的入棧和出棧。通常所說的棧，一般是指在虛擬機棧中的局部變數部分。局部變數所需記憶體在編譯期間完成分配，如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，則StackOverflowError。如果虛擬機棧可以動態擴展，擴展到無法申請足夠的記憶體，則OutOfMemoryError。
3，本地方法棧
執行緒私有，和虛擬機棧類似，主要為虛擬機使用到的Native方法服務。也會拋出StackOverflowError 和OutOfMemoryError。
4，方法區
被所有方法執行緒共享的一塊記憶體區域。用於存儲已經被虛擬機載入的類資訊，常量，靜態變數等。這個區域的記憶體回收目標主要針對常量池的回收和堆類型的卸載。
5，堆記憶體
堆是JVM記憶體佔用最大，管理最複雜的一個區域。唯一的途徑就是存放對象實例：所有的對象實例以及數組都在堆上進行分配。jdk1.7以後，字元串常量從永久代中剝離出來，存放在堆中。堆具有進一步的記憶體劃分。即新生代和老年代，劃分如下圖所示：
按照GC分代收集的角度堆記憶體劃分：
- 老年代：2/3的堆空間
- 年輕代：1/3的堆空間
- eden區：8/10 的年輕代
- survivor0: 1/10 的年輕代
- survivor1: 1/10的年輕代
堆記憶體中的記憶體分配：
- 清理年輕代：minor GC;
- 清理老年代：major GC;
- 清理整個堆空間：full GC;
堆記憶體中年輕代和老年代的記憶體分配及使用規則：
1，新創建的對象主要分配在年輕代的Eden區；
被new的對象優先分配到年輕代的Eden區，如果Eden區沒有足夠大小的連續記憶體空間分配時，Jvm就會觸發一次minor GC，經過minor GC回收存活下來的對象被分配到Survivor區，如果Survivor區不夠安置，Jvm會通過「空間分配擔保機制」提前轉移對象到老年代。
2，大對象直接進入老年代
那些需要大量連續記憶體空間的對象，如數組或很長的字元串，大小超過虛擬機提供的闕值-XX:PretenureSizeThreshold（默認值為0）時，對象直接分配到老年代，避免在新生代Eden和兩個Survivor區之間發生大量的記憶體複製（新生代採用複製演算法進行垃圾回收）。
3，年輕代長期存活的對象會被晉陞到老年代
虛擬機記憶體回收時，為了能夠識別哪些對象該繼續留在新生代（Survivor區），那些對象應該轉移到老年代，它給每個對象定義了一個年齡計數器。每當對象在Survivor區的From<—>To區複製一次，年齡計數器就+1，對年齡超過 -XX:MaxTenurigThreshold設置的值時，對象被轉移到老年代。對象年齡最大值為15。注意，這裡不是所有對象的年齡都到設置的闕值才轉移，當Survivor區空間記憶體不足時，對象也會提前進去老年區。
4，動態對象年齡判斷
虛擬機不是永遠等到對象年齡達到闕值後才轉移到老年代。當Survivor中相同年齡的所有對象的大小總和大於Survivor的一半時，那些年齡大於等於此相同年齡的所有對象將會直接提前進入老年區。
註：-XX:MaxTenurigThreshold未設置時，默認為15。
